钢构件上防火涂料破损长度的预测

为了提高钢结构的抗火性能,通常采用喷涂防火涂料的方法。防火涂料是脆性材料,在外力作用下容易破坏。为了预测钢构件上防火涂料在外力作用下的破损,采用3D和2D有限元模型对防火涂料和钢构件之间的层间应力进行了分析,得到了层间正应力和层间剪应力沿构件长度和宽度的分布规律,并采用弹性方法进行了验证,结果吻合较好。引入防火涂料破损的最大强度破坏准则和能量破坏准则对钢构件在弯剪作用下的破损长度进行了预测,并对影响防火涂料破损长度的参数进行了分析。研究表明:2D有限元可以准确地预测防火涂料和钢构件之间的层间应力,使用两种破坏准则预测得到的破损长度基本一样。荷载比越大,防火涂料破损长度越长;防火涂料越厚,破损长度也越长。     

防火涂料局部脱落的钢管混凝土柱温度场有限元分析

实际工程中,钢管混凝土柱表面的防火涂料可能会发生局部脱落,将影响火灾下构件的温度分布,进一步影响构件的耐火极限。为获得防火涂料局部脱落的钢管混凝土柱温度分布规律,为此类构件的抗火设计提供参考,采用ABAQUS建立了涂料局部脱落构件的温度场有限元模型,分析了构件截面形状系数和长度、防火涂料厚度和热工参数、涂料脱落位置和脱落长度等对构件温度的影响。分析结果表明,圆形与方形构件的温度分布类似,前者温度略高于后者。涂料在构件两端脱落和跨中脱落的工况可根据对称性简化为一端脱落。涂料脱落仅影响沿柱长有限区域内的温度分布,随着升温时间的增大、涂料脱落长度的增大、涂料导热系数的减小、涂料厚度的增大以及构件截面形状系数的减小,该区域长度增大。     

防火涂料局部破损对钢构件在火灾下的温度分布影响

采用有限元方法分析由于防火涂料局部破损而造成的火灾下钢构件内的三维热传导问题,给出构件内温度的分布规律.之前先用该有限元模型分析防火涂料完整的钢构件内的二维热传导问题,并将有限元结果与利用傅立叶导热定律建立的传热方程的差分结果进行对比,从而验证了有限元方法进行温度分析的可行性及可靠性.     

高温条件下采用不同防火涂层的钢柱温度场数值模拟分析

为了研究不同种类防火涂层对钢柱温度场影响的机理,分别在钢构件的表面设置无防火涂料、薄型防火涂料以及厚型防火涂料,然后运用有限元法,分析了钢柱在标准升温曲线条件下温度场的分布情况。结果表明:单面受火条件下,钢柱截面的温度分布很不均匀,有明显的温度梯度;与无防火涂层的构件相比,有防火涂层时其截面温度变化速率明显减缓;采用不同的防火涂料,钢柱的防火性能也表现出很大差异;而且防火涂料并不是越厚越好。     

防火涂料局部破损后约束钢柱的临界温度

为了研究防火涂料局部破损后钢柱的抗火性能,根据分段平衡微分方程,分别推导了两端铰支和固支的钢柱局部防火涂料破损后高温下的挠曲线方程,采用边缘屈服准则得出了局部防火涂料破损后轴向约束钢柱临界温度的计算方法。用有限元对高温下的挠度和轴向位移进行了验证,结果吻合较好。通过算例计算了两端铰支轴向约束刚度内力随温度的变化关系,并计算了临界温度。研究结果表明:轴向约束增加高温下钢柱的内力,降低钢柱的临界温度;破损长度越长、轴向约束刚度越大,临界温度越低。     

钢构件截面系数与防火涂料耐火性能的关系

试验研究荷载、防火涂料涂层厚度对承重梁、非承重梁、非承重柱钢构件的耐火性能的影响.试验温度到达700 ℃时终止.承重梁跨中挠度在400 ℃前变化速率增长较慢,屈服强度基本无变化;钢构件温度变化分两个阶段,温度增长速度先快后慢.试验时间相同时,试验基材的温度随着截面系数的增大而增大;钢构件类型用途相同时,防火涂料的耐火极限与钢构件的截面系数成反比.     

有ALC板连接的高频焊接H型钢温度场数值分析

抗火防火是钢结构住宅研发中必须解决的一个关键问题。楼、墙板对钢梁、柱构件截面的温度分布产生一定的影响 ,从而影响它们的抗火承载力。通过有限元分析 ,研究了有蒸压轻质加气混凝土 (ALC)楼墙板连接的高频焊接H型钢升温和温度分布状况 ,进行了有关参数分析 ,涉及板材厚度和热工性能、高频焊接H型钢截面尺度以及防火涂料保护层等 ,为高频焊接H型钢和ALC板在轻钢住宅中的应用和抗火设计提供了基础。     

钢结构防火涂料等效热传导系数的确定

针对厚型钢结构防火涂料的热工参数确定问题和膨胀型钢结构防火涂料隔热性能无合适方法评价的现状，提出了根据耐火试验检测测定构件升温过程确定防火涂料等效热传导系数的方法。并分别利用厚型防火涂料和膨胀型防火涂料的检测结果进行试算，取得了较满意的结果。该方法还解决了有膨胀型防火涂料保护层钢构件的温度计算问题，为该类钢构件的抗火计算奠定了基础，并对防火抗火性能试验检测的内容及应提交的结果提出了建议。     

火灾下膨胀型钢结构防火涂层的破损及其对钢构件升温过程的影响

为考察火灾下膨胀型钢结构防火涂层破损模式与程度的影响因素和涂层破损对钢构件温升过程的影响,对钢构件表面涂覆防火涂层组成的试件进行隔热性能试验和标准耐火试验.试验过程中测量并记录钢构件温度,试验结束后统计分析涂层的破损情况.研究结果表明,火灾下膨胀型钢结构防火涂层的破损模式为开裂和界面剥离,涂层脱落发生在降温过程.无荷载板型和短柱试件涂层的破损模式为Ⅰ型细小裂纹和Ⅱ型小裂缝,钢基材截面最大温差与截面平均温度的比值分别小于2.2％和6.3％.轴压长柱试件涂层的破损模式为Ⅲ型与Ⅳ型大裂缝(基材为碳钢)和界面剥离(基材为不锈钢),截面最大温差超过截面平均温度的10％.当采用未加载小尺寸试件涂层隔热性能的检测结果指导足尺加载钢构件的抗火设计时,需对涂层的等效导热系数进行修正以考虑涂层开裂和界面剥离对钢构件温升过程的影响.     

厚型防火涂料保护钢柱三面受火时截面温度分布规律及计算方法

当钢柱三面受火时,沿截面方向会产生温度不均匀分布的现象。而现行规范假设各种受火情况下钢柱沿截面方向的温度分布均匀,并以此为前提提出了钢构件温度的计算公式。研究了受厚型防火涂料保护的钢柱在三面受火条件下截面温度的分布规律,利用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数分析的变量主要为截面形状系数,通过改变截面高度和腹板厚实现对截面形状系数的影响。通过对EC3中采用的受保护钢构件受火升温公式进行修正,建立了截面不同部位升温的计算方法,并给出沿截面不同温度分布曲线的计算公式。     

Behavior of steel columns in a fire with partial damage to fire protection

An experimental study is performed on two specimens in a furnace to investigate the fire behaviour of steel columns with partial loss of fire protection. The steel columns are connected by flush end-plates at two ends and the axial load is kept constant with a load ratio of 0.55 subjected to an elevation of temperature. The specimens are protected with 20 mm thickness of fire protection. The damaged length of fire protection is 7% of the complete length of the column for specimen S-1 and 14% for S-2 at the two ends of the steel columns. The temperature of atmosphere around the specimens in the furnace is assumed to follow the ISO834 standard temperature and the temperatures and displacements are measured in the experiment. The temperature distribution along the steel column is modelled by finite element analysis and compared with the measured results. A continuum model is presented to predict the ultimate load capacity or critical temperature of the columns with fire protection damage. Analyses are carried out on the specimens and compared with the experiment. Experimental and analytical results showed that the fire resistance of steel columns with partial damage to the fire protection is reduced. The damage length of the fire protection has a great effect on the fire resistance of steel columns. The failure of the specimens mainly resulted from the buckling or yielding at the portion where the fire protection is damaged.     

温度对水性钢结构防火涂料性能的影响研究

制备了环氧基水性超薄膨胀型钢结构防火涂料,采用FTIR,TGA和SEM等研究了高低温老化对其性能的影响.结果表明:防火涂料的防火性能、热稳定性、高温耐烧蚀性以及炭化层的强度均随着老化温度的提高而降低.这是由于防火涂料中的防火助剂随着高温老化过程的进行不断迁移损失所致,老化温度越高,防火助剂的损失越严重.进一步的研究表明,防火助剂的损失导致防火涂料的膨胀性能发生变化,炭化层的泡孔尺寸变大,分布不再均匀,从而使炭化层强度降低.     

建筑结构用耐火钢性能及涂料涂覆减薄研究

对采用Nb、Ti、Mo复合微合金体系优化设计的345MPa级耐火钢常温、高温下的力学性能进行研究。结果表明,优化后的345MPa级耐火钢有较低的屈强比与良好的高温力学性能。对普通Q235钢梁与345MPa级耐火钢梁进行不同厚度涂料涂覆和耐火测试,对钢结构防火涂料的涂覆减薄进行研究。结果表明,在同等防火涂料涂覆条件下,345MPa级耐火钢耐火极限高于普通Q235钢梁,耐火极限的提高主要由于软化温度的提高。345MPa级耐火钢在涂料涂覆减薄的条件下,满足北京2022冬奥会滑雪大跳台裁判塔二级防火设计要求。     

非膨胀型防火涂料等效热传导系数研究

基于防火涂料标准耐火试验方法,对涂覆非膨胀型防火涂料的钢板试件和工字型钢试件进行了耐火试验,用所得的试件升温曲线计算非膨胀型防火涂料的热传导系数随涂层温度变化曲线.提出将涂层温度为400~800℃时的热传导系数平均值作为涂层等效热传导系数,并用以进行被保护钢构件火灾下升温计算,所得钢构件的升温曲线与试验测得的升温曲线符合良好.参数分析表明,等效热传导系数与试件截面形状系数无关,与涂层厚度相关,表明用小尺寸钢板试件耐火试验结果计算所得的等效热传导系数可用于预测其他被保护钢构件在火灾下的升温.对不同涂层厚度热传导系数进行线性拟合,提出以涂层厚度20mm时的等效热传导系数作为非膨胀型防火涂料等效热传导系数特征值.     

钢结构防火涂料工程施工质量监理控制要点

结合多年的监理工作经验和工程实例，探讨了防火涂料的基本原理和施工中存在的质量问题，阐述了监理工程师对防火涂料工程质量控制要点，以确保钢结构的耐火性，减少建筑物钢结构火灾灾害。     

A Simplified Approach for Predicting Temperature Profile in Steel Members With Locally Damaged Fire Protection

Steel structures in building are to be provided with external insulation to delay temperature rise and associated strength degradation when exposed to fire. However, due to delicateness and fragility of some insulation systems, damage might occur in these insulation systems during their service life, and such damage can lead to rapid rise in steel temperature and result in lower fire resistance of structural members. Currently, there are no simple calculation methods for quantifying the effect of insulation loss on steel temperature. In this paper, a simple approach is proposed for tracing the temperature profile in steel members with partial loss of fire protection. The method is developed based on modifying the existing one-dimensional finite difference solutions of the heat transfer equation. The validity of the proposed method is established by comparing the predictions from the proposed method against temperatures obtained from finite element heat transfer model that is created using ANSYS. The comparisons indicate that the proposed method is capable of predicting temperature in steel members with partially damaged insulation to a good degree of accuracy over a wide range of situations. Further, the simplicity of the proposed method makes it attractive for use in fire resistance assessment in steel structures.     

现代钢结构消防工程中防火涂料的应用

现代钢结构消防工程中,防火涂料的应用极为重要,它在很大程度上决定了其施工质量和建筑结构。本文主要对现代钢结构防火涂料应用中存在的问题进行了分析,并就此提出了相应的应用措施。旨在推广防火涂料的应用,并提升建筑结构的安全系数。     

表面设置防火涂料的压型钢板混凝土组合楼板耐火性能有限元分析

本文针对已完成明火试验的压型钢板混凝土组合楼板，利用ABQUAS 有限元分析软件，探讨了ISO834标准升温环境下新型防火涂料设置厚度，对压型钢板混凝土组合楼板的内部温度场分布的影响做了分析。