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钢结构作为建筑结构类型之一,由于其自身各方面的优越性而在各项工程建设中应用越来越广泛,但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点。目前国内外学者对钢结构的抗火性能以及火灾下的响应特性已开展较多研究,本文以钢结构中常见的简支钢梁作为研究对象,采用有限元分析的方法,基于建筑火灾和隧道火灾常见的温升曲线来研究火灾温升速率对涂有厚涂型防火涂料钢梁耐火时间的影响,主要内容包括:
(1)分析火灾温升速率对防火保护简支钢梁耐火时间的影响。根据建筑火灾和隧道火灾温升速率的不同,基于ISO标准火灾曲线、碳氢化合物HC温升曲线以及RABT温升曲线,分析不同火灾温升条件下防火涂层保护简支钢梁的热力耦合响应特性。并将钢梁模拟温度场与理论计算温度场结果进行对比分析,验证了本文所建有限元模型的合理性和可行性。
通过防火保护简支钢梁在不同火灾温升速率下的热力耦合分析,结果表明火灾温升速率是影响钢梁耐火时间的一个重要因素。快速火灾温升下,钢梁温度迅速上升至耐火临界温度且其截面温度分布差异性较大,导致钢梁强度急剧下降而失去承载能力,耐火时间较短。但同一荷载比下钢梁失效时的临界温度基本一致。
(2)分析上述三种火灾温升速率下厚涂型防火涂料不同涂层厚度时钢梁的温度场随时间的变化规律。根据同一荷载比下钢构件耐火临界温度相同,进而获得不同涂层厚度钢梁所对应的耐火时间。结果表明涂层厚度的增加可有效延长钢梁的耐火时间,相对而言慢速火灾温升速率下钢梁耐火时间的提高更为显著。
(3)基于更接近实际火灾场景的BFD自然温升曲线的案例分析。以某一具体房间为例,根据增长系数的不同设定了两种温升速率的自然火灾温升曲线,分析同等条件下火灾温升速率对防火保护简支钢梁耐火时间的影响。结果同样表明,快速火灾温升速率下钢梁耐火时间较短。
总而言之,火灾温升速率、防火涂层厚度均是影响钢构件耐火时间的重要因素,本文通过对不同火灾温升速率下防火保护简支钢梁耐火时间的影响分析,旨在为以后不同火灾场景下钢结构的抗火设计及防火涂层厚度的计算提供一定的参考依据。