[发明专利]一种计算建筑物钢筋在火灾水冷后强度变化的方法

说明书

本发明公开了一种计算建筑物钢筋在火灾水冷后强度变化的方法。本发明采用电磁感应热处理技术进行升温，能较好的模拟实际火场温度，实现快速升温，并且能实现长达3.5小时的持久保温，为长时间的模拟火场情况提供技术支撑，试验能提供准确的数据，为结构抗火设计提供数据保障，为在建筑工程中推广使用新型600MPa钢筋提供依据。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是涉及一种计算建筑物钢筋在火灾水冷后强度变化的方法。

背景技术

2001年“9.11事件”中纽约世贸中心两座110层411m高的钢结构大楼因飞机撞击后发生火灾而倒塌，造成2830人死亡。其坍塌原因主要是飞机撞击后燃油燃烧引发的高温使结构强度降低而导致。2003年青岛正大公司熟食加工车间发生火灾，其钢屋架加工车间在不到30min便发生倒塌，厂房燃烧时钢结构屋架产生大挠度变形坍塌。2005年位于马德里的一栋32层高的WINDSOR大楼起火，大楼部分建筑结构垮塌，主体保持直立。2013年6月2日中石油大连石化分公司油渣罐爆炸，大火燃烧导致2人失踪，两人重伤，并罐体在燃烧中倒塌。

火灾发生初期温度较低，钢材的力学性能相比较常温时差异较小，结构仍具有足够的承载力，可为人员救援及疏散提供足够的时间；到了火灾中后期，建筑物燃烧时间较长，温度也相对较高，而钢材的屈服强度和极限强度到达500℃至650℃时会发生下降，并且伸长率提高，这时钢结构所承载的荷载会使钢结构发生大挠度变形，并且温度的上升会进一步减小钢材力学性能，建筑承载的荷载超过其极限承载力时，结构便会丧失承载力而失稳坍塌。若火灾未能在其燃烧过程中扑灭，钢筋会经历长时间高温加热，其自然冷却后屈服强度、极限强度均会发生下降，但其伸长率有所上升，在建筑物发生坍塌前可产生明显预兆。

随着时代的发展，建筑材料逐渐高强化，而高强钢筋具有强度高、延性好等特点，使用高强钢筋可以在很大程度上节约原材料，相同承载力情况下，使用高强钢筋的结构可使用截面尺寸较小的主力钢筋，20世纪90年代起，国外已开始普遍使用400MPa级钢筋为建筑所用主力钢筋，到20世纪90年代中期便有部分发达国家开始在工程中使用500MPa级钢筋替代400MPa级钢筋，并且不断研发造价低、综合性能良好的600MPa钢筋，目前600MPa级钢筋已投入使用。国内高强钢筋目前仍在推广使用进程中，从2010年起，逐步将400MPa级以上的钢筋作为建筑主力钢筋，淘汰300MPa级钢筋。高强钢筋在高层、超高层建筑物中使用量巨大，而高层、超高层建筑物一旦发生火灾，由于其自重较大，固对结构剩余承载力的要求高于低层建筑，因此研究高温下及高温后高强钢筋的力学性能具有重要意义，其研究结果可用于结构抗火设计计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种计算建筑物钢筋在火灾水冷后强度变化的方法，它升温速度快，能较好的模拟实际火场情况，且能耗低，经济效果好，试验结果的可靠性高。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种计算建筑物钢筋在火灾水冷后强度变化的方法，采用电磁感应热处理技术对钢筋进行升温处理，将钢筋加热至预定温度后，保持该温度3.5小时；保温结束后，立刻将钢筋投于冷却水中进行冷却，然后对冷却后的钢筋进行屈服强度的试验，获得屈服强度的试验数据。

所述的采用电磁感应热处理技术具体是，采用螺旋状导通圆铜管作为加热装置，加热过程中，圆铜管通电电流为6.5A，在螺旋状内形成涡流，钢筋放置于螺旋状中间在涡流影响下进行升温。

所述的圆铜管厚度2mm，内径10mm，螺距为15cm，螺旋状内径为钢筋直径10-12倍。

所述的预定温度为200-900℃，在该范围内，将温度区间分为小于等于575℃，大于575℃、小于等于725℃，以及大于725℃，并建立公式(1)：

式中，T-火场温度，f_y-常温下钢筋屈服强度，不同火场温度对应的钢筋屈服强度。