建筑用铝合金单次及反复受火后力学性能试验研究.pdf

建笾缱捡堂握』壁坚望型堂旦迦虫篮量 坐 坠盟菱i ；差煎笙筮萎刍竺_ 圜 文章编号1 0 0 0 - 6 8 6 9 2 0 1 7 0 4 0 1 4 9 11 D O I 1 0 ．1 4 0 0 6 ／j ．j z j 舒b ．2 0 1 7 ．0 4 ．0 1 6 建筑用铝合金单次及反复受火后力学性能试验研究 陈志华1 1 2 ，卢杰2 ，刘红波1 ’2 1 ．天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津3 0 0 0 7 2 ；2 ．天津大学建筑工程学院，天津3 0 0 0 7 2 摘要为评估火灾后铝合金结构性能，应采用合理的材料本构模型，为此，对建筑用6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 ．r 1 7 3 铝合金进行了单次和 反复受火后力学性能试验 采用自然冷却和消防喷水冷却两种冷却方式 。分析了受火后铝合金应力．应变全曲线、弹性模 量、屈服强度、抗拉强度以及延性等相关力学性能指标及其随受火温度的变化。试验结果表明6 0 6 1 一T 6 铝合金在经历超过 3 0 0 ℃高温后，其力学性能发生明显变化，而对于7 0 7 5 一r 1 7 3 铝合金，相应温度为2 0 0 ℃；不同冷却方式和反复升温一冷却过程 对铝合金的力学性能影响较大；拟合了不同冷却方式下6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 一，1 7 3 铝合金单次及反复受火后力学性能的计算式，其 结果与试验结果吻合良好。 关键词铝合金；高温试验；冷却方式；反复升温．冷却过程；受火后力学性能 中图分类号T U 3 9 5 T U 3 1 7 ．1 文献标志码A 一 ‘1 ‘●● ’’ “ 3 1 E x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no nm e c h a n i c a lp r o p e r t l e so fs t r u c t u r a l a l u m i n u ma l l o y sa f t e rs i n g l ea n dm u l t i p l ef i r e e x p o s u r e C H E NZ h i h u a l ”，L UJ i e 2 ，L I UH o n g b 0 1 2 1 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fH y d r a u l i cE n g i n e e r i n gS i m u l a t i o na n dS a f e t y ，T i a n j i nU n i v e r s i t y ，T i a n j i n3 0 0 0 7 2 ，C h i n a ； 2 ．D e p a r t m e n to fC i v i lE n g i n e e r i n g ，T i a n j i nU n i v e r s i t y ，T i a n j i n3 0 0 0 7 2 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oe v a l u a t et h e p o s t f i r ep e r f o r m a n c e s o ft h ea l u m i n u ma l l o y s t r u c t u r e s ，r e l i a b l e m a t e r i a l c o n s t r u c t i v em o d e l sa l en e e d e d ．A ne x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o nw a sc o n d u c t e dt or e v e a lt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft w o s t r u c t u r a la l u m i n u ma l l o y s ，n a m e l y ，6 0 6 1 - T 6a n d7 0 7 5 一T 7 3 ，a f t e rs i n g l ea n dm u l t i p l ef i r e e x p o s u r e ．T w oc o o l i n g m e t h o d s ，n a m e l y ，a i rc o o l i n ga n dw a t e rc o o l i n g ，w e r ec o n s i d e r e d ．T h ep o s t - f i r es t r e s s s t r a i nc u r v e s ，e l a s t i cm o d u l i ， y i e l ds t r e n g t h s ，u l t i m a t es t r e n g t h s ，a n dd u c t i l i t yo ft h e s et w oa l u m i n u ma l l o y sw e r eo b t a i n e d ，a n dt h ec h a n g el a w sw i t h e x p o s u r et e m p e r a t u r e so ft h e s ep r o p e r t i e sw e r ea n a l y z e d ．T h er e s u h ss h o wt h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f6 0 6 1 一T 6 a r ed r a m a t i c a l l yr e d u c e da f t e re x p o s u r et o t e m p e r a t u r e se x c e e d i n g3 0 0 ℃．F o r7 0 7 5 一r 1 7 3 ．t h ec o r r e s p o n d i n g t e m p e r a t u r ei s2 0 0 ℃．T h ep o s t f i r em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r eo b v i o u s l yi n f l u e n c e db yc o o l i n gm e t h o d sa n dm u l t i p l e h e a t i n g c o o l i n gc y c l e s ．F i n a l l y ，f i t t e de q u a t i o n sc o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n tc o o l i n gm e t h o d sw e r ep r o p o s e d t oe v a l u a t et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ea l u m i n u ma l l o y s6 0 61 - T 6a n d7 0 7 5 1 7 3a f t e rb o t hs i n g l ea n dm u l t i p l ef i r e e x p o s u r e ．T h er e s u l t sa g r e ew e l lw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ． K e y w o r d s a l u m i n u ma l l o y ；f i r et e s t ；c o o l i n gm e t h o d ；m u l t i p l eh e a t i n g c o o l i n gc y c l e ；p o s t f i r em e c h a n i c a lp r o p e r t y 基金项目国家自然科学基金项目 5 1 6 7 8 4 0 4 。 作者简介陈志华 1 9 6 6 一 ，男，河北井陉人，工学博士，教授。E m a i l z h c h e n t j u ．e d u ．c n 通信作者刘红波 1 9 8 3 一 ，男，河北石家庄人，工学博士，副教授。E ．m a i l h b l i u t j u ．e d u ．a n 收稿日期2 0 1 6 年1 月 1 4 9 万方数据 0 引言 相比于钢材，铝合金具有质量轻、比强度高、耐 腐蚀和易加工等优点，被广泛应用于建筑、桥梁以及 海上石油平台等结构中，特别是在大跨度空间网格 结构中应用较多⋯。其中，6 0 6 1 一T 6 铝合金作为主 要受力构件被用于铝合金空间网格结构中，而7 0 7 5 一 T 7 3 铝合金则被用于铝合金结构的紧固连接件。但 铝合金结构耐火性能较差，在较短的时间内结构性 能会发生严重退化，因此对其进行防火设计尤为重 要。而高温下铝合金材料的力学性能作为铝合金抗 火设计的重要依据，得到了广泛研究”。“，成果亦被 纳入相关规范中”。 然而，在设计中出于安全的考虑，工程结构通常 具有较高的冗余度，例如大跨度铝合金空间网格结 构具有很高的超静定次数，在火灾中，尽管铝合金材 料的力学性能发生显著退化，但是由于整体结构的 内力重分布，所以整体倒塌并不多见。但应对其火 灾后残余性能进行准确评估，进而采用合理的灾后 处置措施 拆除、修复或者直接使用 。因此，有必要 对铝合金材料受火后力学性能进行研究，为铝合金 结构火灾后残余受力性能分析提供可靠的材料模 型。然而关于高温后铝合金材料的力学性能，目前 的研究有限，仅S u m m e r s 等‘1 。”o 对5 x x x 系列和6 x x x 系列铝合金进行了试验研究，考虑了升温速率以及 受火温度的影响。而对于国产6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 ．1 7 3 铝 合金的火灾后力学性能，还未见相关研究。此外，对 于部分经历数次火灾而未倒塌的铝合金结构，应考 虑反复升温．冷却过程对铝合金力学性能的影响。 为此，本文中开展国产6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 ．T 7 3 铝合 金的受火后力学性能研究。对经历单次或反复升温． 冷却过程后的铝合金标准试件进行轴向拉伸试验， 得到铝合金材料的应力．应变全曲线、屈服强度、抗拉 强度、弹性模量以及延性等相关力学性能指标，试验 中采用自然冷却和消防喷水冷却两种冷却方式，以 分别模拟火灾自然熄灭和消防喷水灭火的情况。根 据试验结果，提出不同冷却方式下6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 一T 7 3 铝合金单次及反复受火后力学性能的拟合计算式。 1 试验概况 1 ．1 试件设计 试验中设计了6 2 组共计1 8 6 个试件，各试件分 组及主要参数见表1 。对于单次受火的试件，历经的 最高温度分别为1 0 0 、2 0 0 、2 5 0 、3 0 0 、3 5 0 、4 0 0 、4 5 0 、 5 0 0 ℃和5 5 0 ℃ 由于铝合金的熔点为6 0 0 6 6 0 ℃， 15 0 因此将最高温度设置为5 5 0q C 而不考虑更高的温 度 ，冷却方式为自然冷却和消防喷水冷却，共计3 6 组试件；对反复受火的试件，历经的最高温度分别为 2 0 0 、3 5 0c C 和5 0 0 ℃，冷却方式为自然冷却和消防喷 水冷却，最多经历3 次反复升温一冷却过程，共计2 4 组试件。作为对比，还设计了2 组 6 0 6 1 一T 6 和7 0 7 5 1 7 3 铝合金 未受火试件。每组3 个相同试件，为减 小试验的偶然误差，取同组3 个试件测量结果的平 均值作为最终结果。试件由厚度为6m m 的国产 6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 1 7 3 铝合金板材切割制作而成。两种 铝合金材料均经过固溶热和人工时效强化处理，相 比于6 0 6 1 一T 6 铝合金，7 0 7 5 - 1 7 3 铝合金具有更高的强 度和更好的耐腐蚀性。两种铝合金的化学成分符合 G B ／T3 1 9 0 - - 2 0 0 8 变形铝及铝合金化学成分’18 ’的规 定，具体见表2 。试件的几何尺寸符合G B ／T2 2 8 ．1 b 2 0 1 0 金属材料拉伸试验第1 部分室温试验方 法。1 扎和G B ／T4 3 3 8 - - 2 0 0 6 金属材料高温拉伸试验 方法‘2 叫的要求，如图1 所示。在进行拉伸试验之 前，采用游标卡尺测量试件平行长度范围内3 个位 置处的宽度和厚度，取平均值作为试件的实测尺寸。 表1 试件分组及主要参数 T a b l e1 S p e c i m e ng r o u p i n ga n dm a i np a r a m e t e r s 组别牌号受火最高温度，／q C 冷却方式 蒺囊 1 ．2 升降温试验 升温过程由温控电阻炉 图2 实现，电阻炉内设 有热电偶，可实时测量炉内温度并反馈给电炉的控 制系统，从而形成闭环控制。升温时，首先以速率 1 5 。C ／m i n 将试件加热至低于目标温度3 0 ℃，持温 1 0r a i n ，然后再加热至目标温度，再持温2 0r a i n 。采 用这种加热方法的目的是一方面可以使试件温度 万方数据 表26 0 6 1 T 6 、7 0 7 5 - r 1 7 3 铝合金化学组分 T a b l e2 C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fa l u m i n u ma l l o y6 0 6 1 ．T 6a n d7 0 7 5 ．．T 7 3m a t e r i a l ．4 0 a 铝合金标准试件 誊 b 试什尺寸 图1拉伸试件及几何尺寸 F i g ．1 T e n s i l et e s ts p e c i m e n sa n dd i m e n s i o n s 图2 温控电| j f l 高温炉 F i g ．2T e m p e r a t u r e c o n t r o l l e de l e c t r i cf u r n a c e 分布均匀；另一方面可以防止加热温度超过目标温 度。之后，将试件从炉中取出并冷却至室温 2 0 ℃ ， 采用自然冷却和消防喷水冷却两种方式对试件进行 冷却。对于自然冷却的试件，直接将试件置于空气 中，以模拟火灾自然熄灭的情况；对于消防喷水冷却 的试件，采用在试件表面喷水的方式将其冷却至室 温。对于反复受火的试件，重复上述升温一冷却过程， 最多受火次数为3 次。 1 ．3 加载方案及量测 轴向拉伸试验在S A N S4 1 0 6 电液伺服材料试验 机 图3 上进行，该试验机最大可施加10 0 0k N 的轴 向拉力，能够实现加载速率的应力、应变、位移三重 闭环控制。在试件上安装电子引伸计以测量试件变 形。试验中采用恒定应变速率进行加载，加载速率 为0 ．0 0 02 5 ／s ，符合G B ／T2 2 8 ．1 2 0 1 0 m 1 的要求，试 验中得到的各项数据，如荷载、应力、应变、位移以及 应力一应变曲线，均由计算机自动采集。同时，对未经 加热冷却过程的试件进行拉伸试验，并作为对比。 罔3S A N S4 1 0 6 材料试验机 F i g ．3 S A N S4 1 0 6t e n s i l el e s tm a c h i n e 2 试验结果及其分析 2 ．1 单次受火后的试验结果 2 ．1 ．1 试件的破坏模式 经历单次升温．冷却过程后，试件的破坏模式如 图4 所示 作为对比，未经历高温冷却过程的试件， 其破坏模式也包括在内 。可以看到，铝合金受火后 的破坏模式主要与铝合金牌号以及受火温度有关， 而受冷却方式的影响很小。对于6 0 6 1 一T 6 铝合金，当 试件经历的温度不超过3 0 0 ℃时，存在明显的颈缩现 象，具有塑性破坏特征；当温度高于3 5 0 ℃时，颈缩现 象不显著，具有脆性破坏特征；而当温度超过4 5 0 ℃ 时，试件断裂前又表现出较为明显的颈缩，呈塑性破 坏。相比之下，7 0 7 5 ．，1 7 3 铝合金试件整体颈缩现象 微小，表现出明显的脆性破坏特征。 2 ．1 ．2 应力一应变关系曲线 单次受火后铝合金试件的应力- 应变关系曲线如 图5 所示。可以看到，两种铝合金材料的应力．应变 关系曲线随其受火温度升高而发生显著变化。对于 6 0 6 1 ．T 6 铝合金，当经历的温度不超过3 0 0 ℃时，其应 力一应变曲线与未受火时相近；而当经历的温度达到 3 5 0 ℃时，其强度和延性均大幅度降低。当温度超过 4 5 0 ℃后，6 0 6 1 ．T 6 铝合金的强度和延性又有一定程 度的恢复。相比之下，7 0 7 5 一盯3 铝合金对受火温度 更为敏感，当经历的温度达到2 5 0 ℃时，材料的强度 15 1 万方数据 a 6 0 6 1 一T 6 铝合金，自然冷却 b 6 0 6 1 ．T 6 锱合金，消防喷水冷却 l c 7 0 7 5 一T 7 3 铝合金，自然冷却 ．曩 d 7 0 7 5 一T 7 3 铝合金，消防喷水冷却 注试件经历的温度从左至右依次为2 0 、1 0 0 、2 0 0 、2 5 0 、3 0 0 3 5 0 、4 0 0 、4 5 0 、5 0 0 、5 5 0 ℃。 图4 试件的破坏模式 F i g ．4 F a i l u r em o d e so fs p e c i m e n s 开始显著降低，而当温度超过3 5 0 ℃后，其强度和延 性亦有所恢复。此外，冷却方式对两种铝合金材料 的强度、延性等力学性能均有影响，总体上，经消防 喷水冷却后的试件具有更高的强度，但延性略有 降低。 2 ．1 ．3 弹性模量 单次受火后，6 0 6 1 ．T 6 和7 0 7 5 - ，1 7 3 铝合金的弹性 模量E 盯见表3 表中数值为同组3 个试件结果的平 均值 。由表3 可见，无论经历何种温度，冷却至室 温后两种铝合金材料的弹性模量基本保持不变，且 不同冷却方式对弹性模量的影响很小。6 0 6 1 - T 6 铝 1 5 2 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 三2 0 0 飞 15 0 1 0 0 5 0 O 6 0 0 5 5 0 5 0 0 4 5 0 4 0 0 蛊3 5 0 三3 0 0 飞2 5 0 2 0 0 15 0 1 0 0 5 0 0 I 三 t a 6 0 6 1 ．T 6 锚合金，自然冷却 000 501 001502 002 5 O3 003 5 04 0 S b 6 0 6 1 一T 6 锚合金，消防喷水冷却 c 7 0 7 5 ．T 7 3 锚合金，自然冷却 d 7 0 7 5 ．T 7 3 { 吕合金，消防喷水冷却 图5 单次受火后的应力一应变曲线 F i g ．5 S t r e s s s t r a i nc u r v e sa f t e rs i n g l ef i r ee x p o s u r e 合金经自然冷却和消防喷水冷却后的平均弹性模量 分别为 7 0 ．2 1 ．4 G P a 和 7 0 ．3 1 ．0 G P a ；7 0 7 5 一 r 1 7 3 铝合金的弹性模量分别为 7 1 ．2 2 ．0 G P a 和 7 0 ．6 1 ．4 G P a 。 2 ．1 ．4 屈服强度 由于6 0 6 1 - T 6 、7 0 7 5 一T 7 3 铝合金的应力- 应变关系 曲线没有屈服平台，因此将残余应变为0 ．2 ％对应的 应力五作为其名义屈服强度。为了表示单次受火 ．Jf■■l■■．■■l_， ■曩垂，一 爵一囊，～ ■■■■■■1■■■■r 万方数据 表3 单次受火后的弹性模量 T a b l e3E l a s t i cm o d u l ia f t e rs i n g ef i r ee x p o s u r e 后铝合金屈服强度的退化程度，定义屈服强度残余 系数为经历单次升温- 冷却过程后铝合金屈服强度 工既与室温下未受火的铝合金屈服强度工之比，即 ．f 盯织。试验中得到的受火后6 0 6 1 ．T 6 和7 0 7 5 一r 1 7 3 铝合金屈服强度及相应屈服强度残余系数列于表4 中 表中数值为同组3 个试件试验结果的平均值 。 由表4 可见，两种铝合金材料受火后屈服强度随温 度的升高均发生显著退化，但是退化规律不尽相同； 此外，不同的冷却方式对结果也有一定程度的影响。 对于6 0 6 1 ．T 6 铝合金，当受火温度不超过3 0 0 ℃时， 其屈服强度保持不变；当温度超过3 5 0 ℃后，屈服强 度开始迅速降低，并在4 5 0 ℃时达到最小值，此时其 强度值仅为未受火时的2 0 ％左右；而当温度超过 4 5 0 ℃后，屈服强度又有所恢复。相比之下，7 0 7 5 一r 1 7 3 铝合金对温度更为敏感，当温度超过2 0 0 ℃后，其屈 服强度开始出现大幅降低，在3 5 0 ℃时，降低至未经 历高温冷却时的3 0 ％左右；之后，随着受火温度的继 续升高，其屈服强度亦呈现一定程度的恢复。冷却 方式对两种铝合金屈服强度的影响主要体现在“强 度恢复阶段” 对于6 0 6 1 一T 6 铝合金，为温度超过 4 5 0 ℃阶段，而对于7 0 7 5 一T - ／3 铝合金，为温度超过 3 5 0 ℃阶段 ，此时，对于6 0 6 1 - T 6 、7 0 7 5 - 1 7 3 铝合金，经 过消防喷水冷却的试件均表现出更高的屈服强度。 2 ．1 ．5 抗拉强度 定义单次受火后抗拉强度残余系数为经历单次 升温一冷却过程后铝合金材料的抗拉强度，栅与未受 表4 单次受火后的屈服强度和屈服强度残余系数 T a b l e4Y i e l ds t r e n g t h sa n dc o r r e s p o n d i n gr e s i d u a l f a c t o r sa f t e rs i n g ef i r ee x p o s u r e 火的铝合金抗拉强度工之比，即工胛饥。试验得到 的6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 一T 7 3 铝合金受火后的抗拉强度和相 应的抗拉强度残余系数列于表5 中 表中数值为同 组3 个试件试验结果的平均值 。由表5 可见，两种 铝合金受火后抗拉强度随经历受火温度的变化呈现 出与屈服强度相似的变化规律。对于6 0 6 1 - T 6 铝合 金，当温度超过3 0 0 ℃时，其抗拉强度开始降低，在 4 5 0 ℃时达到最低值，之后出现一定程度的恢复；对 于7 0 7 5 ．T 7 3 铝合金，其抗拉强度的开始降低温度和 达到最低值温度分别为2 0 0 ℃和3 5 0 ℃。需要说明 的是，虽然7 0 7 5 ．盯3 铝合金比6 0 6 1 - T 6 铝合金提早 出现抗拉强度的降低，但其在经历5 5 0 ℃的高温后能 恢复到约8 0 ％的初始抗拉强度，而6 0 6 1 - T 6 铝合金只 能恢复到约6 0 ％。冷却方式对火灾后残余抗拉强度 的影响也与屈服强度相似，在“强度恢复阶段”，采用 喷水冷却的试件具有更高的抗拉强度，这表明消防 喷水冷却有利于铝合金在火灾后保留更高的屈服和 抗拉强度。 2 ．1 ．6 延性 定义单次受火后延性残余系数为经历单次升温一 冷却过程后铝合金材料的断裂应变s 。卅与未受火试 件的断裂应变s 。之比，即占。。／s ．。。两种铝合金材料 的受火后断裂应变和延性残余系数列于表6 中。可 以看到，低强度的6 0 6 1 一T 6 铝合金比高强度的7 0 7 5 - r 1 7 3 铝合金具有更好的延性。对于6 0 6 1 - T 6 铝合金， 当受火温度不超过3 0 0 。C 时，延性呈缓慢减小的趋 1 5 3 万方数据 表5单次受火后的抗拉强度和抗拉强度残余系数 T a b l e5U l t i m a t es t r e n g t h sa n dc o r r e s p o n d i n gr e s i d u a l f h c t o r sa f t e rs i n g l ef i r ee x p o s u r e 表6 单次受火后的断裂应变和延性残余系数 T a b l e6F r a c t u r es t r a i n sa n dc o r r e s p o n d i n gr e s i d u a l f h c t O r sa f t e rs i n g l ef i r ee x p o s u r e 势，之后发生陡降；当温度为3 5 0 ～4 0 0 ℃时，断裂应 变减小至初始值的4 0 ％；而当温度达到4 5 0 ℃后，其 延性又恢复甚至超过初始水平。与6 0 6 1 一T 6 铝合金 相比，7 0 7 5 ．盯3 铝合金的延性变化较为平缓，其延性 1 5 4 在整体上随受火温度的升高呈增大的趋势。相比于 自然冷却，消防喷水冷却会使6 0 6 1 T 6 铝合金的受火 后延性略有降低，而对7 0 7 5 ．r 1 7 3 铝合金影响不大。 2 ．2 反复受火后的试验结果 2 ．2 ．1 应力．应变关系曲线 反复受火后6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 - T 7 3 铝合金的应力一应 变关系曲线如图6 所示。可以看到，当受火温度不超 过2 0 0q C 时，反复升温一降温过程对两种铝合金的力 4 0 0 3 5 0 3 0 0 日2 5 0 l z 0 0 15 0 l O O 5 0 O 尽 三 龟 6 0 0 5 5 0 5 0 0 4 5 0 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 O a 6 0 6 1 ．T 6 铝合金，自然冷商 000 501 001502 002 503 003 5 S b 6 0 6 1 ．T 6 铝合金，消防喷水冷却 C 7 0 7 5 ．T 7 3 铝合金，自然冷却 O d 7 0 7 5 ．T 7 3 铝合金，消防喷水冷却 图6反复受火后的应力一应变曲线 F i g ．6 S t r e s s s t r a i nc u r v e sa f t e rm u h i p l ef i r ee x p o s u r e 灌耀淫淹一 如善i暮i暮i讯Ⅲ吲洲姒姒二 l j 0 E 兰 一，∥ ～ 杉， ，矿， 一 一 ㈣{翥姗蜘蜘瑚㈣耍i；薹i啪㈣如o 万方数据 学性能均影响不大；当温度达到3 5 0 ℃时，6 0 6 1 ．T 6 铝 合金的屈服强度和抗拉强度均随反复升温．降温次数 的增多呈现减小趋势，7 0 7 5 ． I 7 3 铝合金的屈服强度 和抗拉强度则随反复升温一降温次数的增多而提高； 而当温度达到5 0 0 ℃时，随着反复升温一降温次数的 增多，6 0 6 1 - T 6 、7 0 7 5 - 盯3 铝合金的屈服强度、抗拉强 度和延性指标均不低于单次受火后的水平。此外， 反复受火后，采用消防喷水冷却的铝合金整体上呈 现出更高的屈服强度、抗拉强度和更好的延性。 2 ．2 ．2 弹性模量 反复受火后，6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 - 研3 铝合金的弹性模 量E 。胛见表7 。从表中可以看到，无论经历何种温 度，反复升温一降温过程对两种铝合金材料的弹性模 量均影响不大，且不同冷却方式所造成的差别亦可 忽略。 表7 反复受火后的弹性模量 T a b l e7E l a s t i cm o d u l ia f t e rm u l t i p l ef i r ee x p o s u r e 2 ．2 ．3 屈服强度 为考察反复受火对铝合金屈服强度的影响，定 义屈服强度的反复受火影响系数为经历反复升温一冷 却过程后铝合金的屈服强度工。町与经历单次升温一 冷却过程后铝合金屈服强度‘．玎之比，即工, M P T ／f y ．胛。 表8 为反复受火后，6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 - 1 7 3 铝合金的屈服 强度和相应的反复受火影响系数。从表中可以看到， 当受火温度不超过2 0 0 ℃时，反复升温一冷却过程对两 种铝合金的屈服强度影响很小；当温度达到3 5 0 ℃时， 6 0 6 1 ．T 6 铝合金的屈服强度随反复升温一冷却次数的 增多而显著减小，经历3 次后降幅达到约4 0 ％；相比 之下，当温度为3 5 0 ℃时，7 0 7 5 一r 1 7 3 铝合金的屈服强 度则随反复升温一冷却次数的增多而有所提高。当温 度达到5 0 0 ℃时，经反复升温一冷却过程后两种铝合 金的屈服强度均未发生明显降低。此外，与单次受 火时类似，两种铝合金经消防喷水冷却后具有比经 自然冷却后更高的屈服强度。 表8 反复受火后的屈服强度及相应的反复受火影响系数 T a b l e8Y i e l ds t r e n g t h sa n dc o r r e s p o n d i n gi m p a c t f a c t o r sa f t e rm u l t i p l ef i r ee x p o s u r e 臀叭震卷嚣 丝 盘盟坚 厶堕 3 5 0 5 0 0 1 ．O o o 0 ．9 9 2 1 ．0 1 9 1 ．0 0 0 O ．8 1 5 0 ．6 2 5 1 ．0 0 0 1 ．0 9 0 1 ．4 1 8 1 ．o o O 0 ．9 9 2 1 ．0 0 4 1 ．0 0 0 0 ．8 4 4 0 ．6 2 9 1 ．0 0 0 1 ．2 7 9 1 ．6 0 3 2 0 0 3 5 0 5 0 0 1 ．0 0 0 0 ．9 5 7 0 ．9 1 8 1 ．o o O 1 ．2 5 2 1 。2 5 9 1 ．0 0 0 1 ．0 0 0 0 ．9 5 6 1 ．0 0 0 0 ．9 6 8 O ．9 9 I 1 ．0 0 0 1 ．1 7 6 1 ．2 5 7 1 ．0 0 0 1 ．0 9 8 1 ．2 2 8 2 ．2 ．4 抗拉强度 定义抗拉强度的反复受火影响系数为经历反复 升温一冷却过程后铝合金的抗拉强度五．。门与经历单 次升温一冷却过程后铝合金抗拉强度工．阿之比，即 工．。町饥．町。表9 为反复受火后6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 一，1 7 3 铝 合金的抗拉强度和相应的反复受火影响系数。由表 可见，反复升温一冷却过程对两种铝合金抗拉强度的 影响与其对屈服强度的影响类似。对于6 0 6 1 一T 6 铝 合金，在受火温度为3 5 0 ℃时，其抗拉强度随反复升 温．冷却次数的增多而显著降低，反复升降温3 次后 降幅约为2 0 ％；而在其他受火温度下，反复升温一冷 却过程并不会导致其抗拉强度的降低。对于7 0 7 5 一 研3 铝合金，在所有受火温度下，其抗拉强度均未因 反复升温一冷却过程而降低。与屈服强度的变化相 似，经消防喷水冷却后的铝合金具有比经自然冷却 后更高的抗拉强度。 2 ．2 ．5 延性 定义延性的反复受火影响系数为经历反复升温- 15 5 7 5 8 5 3 9 ；，9狮蜥獬{昌仍四矾盯㈣ 7 5 2 0 3 5；， 拼猫勉枷mⅢ∽竹虻 l 8 3 4 8 4 6 6 0 2 钉％钙稻H”博抖”∞ 1 5 5 7 3 9 O 5 5 5钉拍甜舵H“幅砣瑟n 万方数据 表9反复受火后的抗拉强度及相应的反复受火影响系数 T a b l e9U l t i m a t es t r e n g t h sa n dc o r r e s p o n d i n gi m p a c t f a c t o r sa f t e rm u l t i p l ef i r ee x p o s u r e 表1 0 反复受火后的断裂应变及相应的反复 受火影响系数 T a b l e1 0 F r a c t u r es t r a i n sa n dc o r r e s p o n d i n gi n f l u e n c e f a c t o r sa f t e rm u l t i p l ef i r ee x p o s u r e 臀叭慧拳器 。堕兰 塑 l1 0 ．31 ．0 0 01 0 ．51 ．0 0 0 6 0 6 l T 6 2 0 ．81 ．0 1 52 1 ．01 ．0 1 0 冷却过程后铝合金的断裂应变占删盯与经历单次升 温一冷却过程后铝合金断裂应变s 。．丌之比，即 1 5 6 s 。P r ／6 。门。表1 0 为反复受火后6 0 6 1 一T 6 、7 0 7 5 1 7 3 铝合金的断裂应变和相应的反复受火影响系数。由 表1 0 可见，反复升温一冷却过程对两种铝合金断裂应 变的影响很小。除在受火温度为3 5 0 ℃时，7 0 7 5 一T 7 3 铝合金的断裂应变随反复升温．冷却次数的增多出现 2 0 ％降低外，两种铝合金的延性在其余受火温度下 均未因反复升温一冷却过程而显著降低。需要说明的 是，与钢材淬火后延性明显降低旧不同，铝合金经过 反复消防唼水冷却后其延性水平与自然冷却条件相 比未发生显著下降，这有利于铝合金结构在反复受 火后的再利用。 3 受火后铝合金力学指标拟合计 算式 3 ．1 单次及反复受火后的弹性模量 由表2 和表6 可知，6 0 6 1 - T 6 、7 0 7 5 一r 1 7 3 铝合金受 火后弹性模量基本保持不变，且受不同冷却方式、反 复升温- 降温过程的影响很小。因此，为便于实际运 用，认为单次及反复受火后两种铝合金弹性模量均 与未受火时相同，其计算式为 E 。 1 ．0 E 1 3 ．2 单次受火后的屈服强度 3 ．2 ．1 6 0 6 1 一T 6 铝合金 随受火温度的升高，6 0 6 1 - T 6 铝合金受火后屈服 强度的变化呈现明显的三阶段，即在温度不超过 3 0 0 ℃时，其值基本保持不变，之后开始明显降低并 达到最低值；而当温度超过4 5 0o C 时，其屈服强度又 有所恢复。为此，拟合火灾后屈服强度残余系数的 计算式，即 自然冷却方式下， 1 1 w ／f , 0 ．9 9 8 7 ．1 2 1 0 - 5 T 2 0 ℃≤T ≤3 0 0 ℃ 0 ．6 7 1 5 ．5 6 1 0 ～T 一1 ．4 7 1 0 5 T 2 3 0 0 ℃ T ≤4 5 0 ℃ 一3 ．2 6 1 1 ．2 9 1 0 一2 T 一1 ．1 7 1 0 5 丁2 4 5 0 ℃ T ≤5 5 0 ℃ 2 消防喷水冷却方式下， 工，。／f , 1 ．0 1 3 7 ．1 6 1 0 4 T 2 ．2 8 1 0 6 T 2 2 0 ℃≤丁≤3 0 0 ℃ 一0 ．5 8 0 1 ．2 2 1 0 ～T 一2 ．3 3 1 0 5 r 2 3 0 0o C T ≤4 5 0 ℃ 1 ．3 7 6 ．5 0 1 0 3T 8 ．5 6 1 0 6 T 2 4 5 0 ℃ T