建筑钢材可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋两类.它是在严格的技术控制下生产的材料,具有强度大、塑性和韧性好、制成的钢结构质量轻等优点.钢材在高温下的物理力学性能钢材属于不嫩烧材料,可是在火灾条件下,裸露的钢结构会在十几分钟内发生倒塌破坏。因此,为了提高钢结构耐火性能,必须研究钢材在高温下的性能。
在建筑结构中广泛使用的普通低碳钢在高温下的性能如图3-4所示。抗拉强度在250-300℃时达到最大值(由于蓝脆现象引起);温度超过350℃.强度开始大幅度下降,在500℃时约为常沮时的1/2.600℃时约为常温时的1/3.屈服强度在500℃:时约为常温的1/2。由此可见,钢材在高温下强度降低很快。
普通低合金钢是在普通碳素钢中加人一定量的合金元素冶炼成的。这种钢材在高温下的强度变化与普通碳素钢基本相同,在200-300℃的温度范围内极限强度增加,当温度超过300℃后,强度逐渐降低。
冷加工钢筋是普通钢筋经过冷拉、冷拔、冷轧等加工强化过程得到的钢材,其内部晶格构架发生崎变,强度增加而塑性降低。这种钢材在高温下,内部品格的崎变随着温度升高而逐渐恢复正常,冷加工所提高的强度也逐渐减少和消失,塑性得到一定恢复。因此,在相同的温度下,冷加工钢筋强度降低值比未加工钢筋大很多。当温度达到300℃时.冷加工钢筋强度约为常温时的1/3; 400℃时强度急剧下降,约为常温时的1/2; 500℃左右时,其屈服强度接近甚至小于未冷加工钢筋在相应温度下的强度。
高强钢理用于预应力混凝土结构.它属于硬钢.没有明显的屈服极限。在高温下,高强钢丝的抗拉强度的降低比其他钢筋更快。当温度在150℃以内时,强度不降低;温度达350℃时.强
度降低约为常温时的1/2; 400℃时强度约为常温时的1/3;500℃时强度不足常温时的1/5.
预应力混凝土构件,由于所用的冷加工钢筋和高强钢丝在火灾高温下强度下降明显大于普通低碳钢筋和低合金钢筋,因此耐火性能远低于非预应力钢筋混凝土构件.
钢材在一定温度和应力作用下,随时间的推移,会发生缓慢塑性变形,即蠕变.蠕变在较低温度时就会产生,在温度高于一定值时比较明显,对于普通低碳钢这一温度为300-350℃,对于合金钢为400 - 450℃ .温度愈高.蠕变现象愈明显。蠕变不仅受温度的影响.而且也受应力大小影响,若应力超过了钢材在某一温度下屈服强度时,蠕变会明显增大。
高温下钢材塑性增大,易于产生变形. 钢材在高温下强度降低很快,塑性增大,加之其导热系数大是造成钢结构在火灾条件下极易在短时间内破坏的主要原因。为了提高钢结构的耐火性能,通常可采用防火隔热材料(如钢丝网抹灰、浇筑棍凝土、砌砖块、泡沫混凝土块)包覆、喷涂钢结构防火涂料等方法对钢结构进行保护。