【摘 要】
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建筑火灾是最常见、最危险的火灾类型。随着钢结构建筑在建筑工程中发挥着日益重要的作用,其防火问题更是一个不可回避的问题。相对于钢筋混凝土结构,钢结构在高温下,其强度
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建筑火灾是最常见、最危险的火灾类型。随着钢结构建筑在建筑工程中发挥着日益重要的作用,其防火问题更是一个不可回避的问题。相对于钢筋混凝土结构,钢结构在高温下,其强度和刚度都将迅速降低,承载力也随之降低,使得钢结构在较短时间内达到极限状态以至破坏。所以,钢结构的防火研究显得尤为重要。本课题在分析火源与钢结构构件传热关系的基础上,进行了高温与钢结构构件之间的作用关系和构件热响应的分析,讨论了钢结构构件抗火特性及保护措施对其的影响。本课题主要内容:1.根据传热学原理,分析了室内火灾条件下火源与构件之间的辐射传热关系,讨论了构件边界对流换热条件以及确定了构件内部的导热模型。2.使用电阻炉对钢管构件置于水平位置及在不同条件下的热响应情况进行了试验研究。在外涂厚度为18mmSWH室外厚型钢结构防火涂料的情况下,构件最高温度与裸钢管最高温度的比值小于50%,该涂料可将钢管的耐火时间延长到两小时以上。钢管在外涂防火涂料的同时内填混凝土能使它的耐火性能进一步提高,最高温度在120分钟左右仅为280℃,完全能保证建筑在火灾中的安全性。3.迄今为止,国内外对非膨胀型无机防火涂料的防火机理研究较少。本课题尝试性地对SWH室外厚型钢结构防火涂料在高温试验的基础上进行了热重分析,结果表明:在200℃～400℃期间,SWH室外厚型钢结构防火涂料的阻热性能减弱。4.通过有限元软件ANSYS对钢结构构件的热响应进行数值模拟计算。讨论了钢结构构件热工参数的非线性与线性、钢管构件截面形状以及壁厚对其热响应的影响:考虑材料的非线性热工参数时,总体上节点温度要比没有考虑材料的非线性热工性能时低,且两者的温度差还会随着构件受热的进行而增大;圆钢管构件的耐火性能要比方钢管构件稍差,更需要适当防火保护;随着钢构件壁厚的增大,相同时刻相同节点的温度呈升高趋势。5.对数值模拟和试验中钢结构构件测温点的温度值进行比较,数值模拟计算结果与试验数据的平均相对误差为9.23%,计算结果与实测值吻合较好。
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