鋼材作為工業(yè)建設(shè)中不可或缺的基礎(chǔ)材料，其強(qiáng)度性能直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性,。鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差,，火災(zāi)下鋼材的物理和力學(xué)性能會發(fā)生改變，從而使構(gòu)件承載力降低,、變形增加,，最終導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的損傷與破壞。建筑鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的檢測與評估程序主要包括：了解建筑火災(zāi)前概況,、查明災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷,、判定火場最高溫度、檢測鋼材力學(xué)性能,、驗算結(jié)構(gòu)承載力,、評定災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全等級，給出處理建議,?；馂?zāi)后鋼結(jié)構(gòu)性能評估主要包含材料性能、構(gòu)件以及整體結(jié)構(gòu)三方面,，測定過火后鋼材材料性能是構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)評估的基礎(chǔ),。

隨著科技的進(jìn)步，鋼材性能的檢測方法也主要包括六個關(guān)鍵階段：早期基礎(chǔ)測試,、機(jī)械試驗機(jī)發(fā)展,、電子與自動化、無損檢測技術(shù),、多元化檢測方法,、智能化與網(wǎng)絡(luò)化。

本文主要講講硬度法在火災(zāi)后鋼材強(qiáng)度檢測的應(yīng)用情況,。

火場高溫對鋼材性能影響較大,。在鋼結(jié)構(gòu)事故中，由于火災(zāi)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度損傷的比例約60%,，評估過火后鋼結(jié)構(gòu)的殘余承載力是判斷結(jié)構(gòu)是否失效的重要依據(jù)之一,，而檢測火災(zāi)后鋼材強(qiáng)度，是評估結(jié)構(gòu)殘余承載力的基礎(chǔ)，也是后續(xù)加固處理的重要依據(jù),。

1,、火災(zāi)對鋼材屈服強(qiáng)度的影響相關(guān)試驗研究指出^[1]：

• Q235、Q345,、Q420等鋼材屈服強(qiáng)度在最高過火溫度600℃以下區(qū)別較小,，折減系數(shù)位于0.80以上，波動范圍較小,。

• 當(dāng)最高過火溫度超過600℃時,，自然冷卻條件下，隨最高過火溫度的升高,，折減系數(shù)有明顯的降低趨勢,，至900℃以上時，屈服強(qiáng)度殘余不足40%,。

• 浸水及噴水冷卻之后,，相較自然冷卻，鋼材屈服強(qiáng)度未出現(xiàn)較明顯的折減,。

• 試驗所得折減系數(shù)與《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》CECS 252-2009中的高溫過火后鋼材屈服強(qiáng)度折減系數(shù)規(guī)定值接近,，能夠保證火災(zāi)過火后殘余強(qiáng)度評估的安全性要求。標(biāo)準(zhǔn)中的屈服強(qiáng)度折減系數(shù)參考值見表1,。

表1 CECS 252-2009標(biāo)準(zhǔn)中高溫過火后鋼材屈服強(qiáng)度折減系數(shù)參考值

2,、鋼材的彈性模量折減系數(shù)隨最高過火溫度的提升波動較小。

3,、自然冷卻條件下,，鋼材的斷后伸長率隨最高過火溫度的提升而提升，鋼材延性增強(qiáng),。澆水冷卻等條件下,，鋼材的斷后伸長率隨最高過火溫度的提升而明顯下降，鋼材延性減弱,。

4,、對接焊縫在高溫過火后同樣出現(xiàn)劣化，并且隨著溫度的升高劣化程度超過母材,，焊縫連接斷裂位置由母材轉(zhuǎn)移至焊縫處,，冷卻方式對于對接焊縫高溫過火后力學(xué)性能影響不大。

5,、角焊縫極限強(qiáng)度隨著最高過火溫度的提升而降低,，但澆水冷卻能夠減小極限強(qiáng)度的降低程度。

王武剛以H型鋼為試驗對象,，研究了過火時間15mins以內(nèi),，在100℃-600℃溫度下受壓型鋼承載能力及里氏硬度值的變化規(guī)律,。在100℃-300℃的溫度下，試件承載力基本不受影響,，沒有屈曲現(xiàn)象發(fā)生,；在400℃-600℃的溫度下，試件承載力下降,，發(fā)生不同程度的屈曲變形,。不同試驗條件下的里氏硬度變化規(guī)律如下^[2]：

1、火場溫度100℃-600℃以下,，冷卻方式對里氏硬度值存在影響：對于Q235,、Q345鋼材，過火時間和溫度相同,，澆水冷卻比自然冷卻的試件的里氏硬度平均值分別高35HLD,、20HLD。冷卻方式和過火時間相同,，里氏硬度隨過火溫度提升略有增大,，增幅在10HLD左右,。過火溫度和冷卻方式相同,，里氏硬度基本不隨過火時間發(fā)生變化。

2,、不同位置對里氏硬度值的影響：翼緣位置測試的里氏硬度值要高出腹板位置測試的里氏硬度值35HLD左右,。

綜上，通過火災(zāi)后鋼材里氏硬度值的變化規(guī)律,，可以大致推斷出火場溫度區(qū)間,，進(jìn)而可以查出鋼材強(qiáng)度折減系數(shù)的參考值，這對于實際工程應(yīng)用具有一定的參考價值,。

火災(zāi)后鋼材的里氏硬度值隨過火溫度變化存在一定規(guī)律,，通過里氏硬度值輔助判斷火場溫度，并結(jié)合現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果,，綜合推斷鋼材強(qiáng)度或牌號,。此方法還需要大量的工程驗證，尤其是與原設(shè)計不符時,，不建議輕易采用無損法直接推斷鋼材強(qiáng)度或種類,。

參考文獻(xiàn)

[1]榮成驍，施鋼,，左勇志等,，結(jié)構(gòu)鋼材高溫過火后性能研究[J]鋼結(jié)構(gòu)2018，33（05）：122-131.DOI：10.13206/j.gjg201805023.

[2]王武剛,，火災(zāi)后鋼材強(qiáng)度測定方法研究[D],，吉林建筑大學(xué),，2016.

撰稿人 | 林家政