在具有不同保护涂层的条件下[2], 钢框架梁柱均采用H型截面 (具体尺寸如图1所示) , 其中H型柱截面高度为2m, H型梁截面长度为3m, 梁上作用均布荷载或集中荷载, 为钢材, 防火涂料的导热系数, 常温下钢材的弹性模量为[3]。
1设置保护层为10mm时, H型梁与H柱节点域的内力分析
(1) 当防护保护涂层厚度10mm时, 在高温条件下, 钢框架梁柱节点在20min时梁端节点的临界弯矩:
(2) 当防护保护涂层厚度为10mm时, 在高温条件下, 钢框架梁柱节点在20min时的节点域剪力:
(3) 当防护保护涂层厚度为10mm时, 在高温条件下, 钢框架梁在20min时梁上承受的临界力和临界均布荷载:
由结构力学的基本原理可得, 作用在梁上的集中荷载和均布荷载的载常数分别为:
由此可计算得:
钢框架节点处所承受的临界弯矩, 节点域剪力和结构所能承受的临界力和临界均布荷载, 随着温度的逐渐升高而逐渐降低, 当时间达到一定程度或者温度达到临界温度时, 节点处的承载能力达到了破坏, 无法正常使用, 导致结构失稳破坏。
2设置20mm保护层时, H型梁与H柱节点域的内力分析
(1) 当防护保护涂层厚度为20mm时, 在高温条件下, 钢框架梁柱节点在20min时梁端节点的临界弯矩:
(2) 当防护保护涂层厚度为20mm时, 在高温条件下, 钢框架梁柱节点在20min时的节点域剪力:
(3) 当防护保护涂层厚度为时, 在高温条件下, 钢框架梁在20min时梁上承受的临界力和临界均布荷载:
由结构力学知识可得作用在梁上的集中荷载和均布荷载的载常数分别为:
由此可得:
钢框架节点处所承受的临界弯矩、节点域剪力和结构所能承受的临界力和临界均布荷载, 随着温度的逐渐升高而逐渐降低。当时间达到一定程度或者温度达到临界温度时, 节点处的承载能力达到了破坏, 无法正常使用, 将会导致结构的局部或者整体坍塌破坏。
3设置30mm保护层时, H型梁与H柱节点域的内力分析
(1) 当防护保护涂层厚度为30mm时, 在高温条件下, 钢框架梁柱节点在20min时梁端节点的临界弯矩:
(2) 当防护保护涂层厚度为30mm时, 在高温条件下, 钢框架梁柱节点在20min时的节点域剪力:
(3) 当防护保护涂层厚度为时, 在高温条件下, 钢框架梁在20min时梁上承受的临界力和临界均布荷载:
由结构力学的基本原理可得, 作用在梁上的集中荷载和均布荷载的载常数分别为:
由此可得:
钢框架节点处所承受的临界弯矩、节点域剪力和结构所能承受的临界力和临界均布荷载, 随着温度的逐渐升高而逐渐降低, 当时间达到一定程度或者温度达到临界温度时, 节点处的承载能力达到了破坏, 无法正常使用, 导致结构失稳破坏。
4结论
本文分析了防火保护涂层厚度为10mm、20mm和30mm的情况下, 钢框架梁柱节点内力变化趋势, 并得出在防火保护涂层越厚节点的内力降低的越小的结论, 更能使结构趋于稳定状态, 不会使节点发生破坏, 导致结构的整体坍塌。
摘要：高温下整体抗火设计主要是保证结构的整体不发生失稳变形破坏[1], 本文通过实例来计算分析。
关键词：高温,保护层,性能分析
参考文献
[1] 丁军, 李国强, 蒋首超.火灾下钢结构构件的温度分析[J].钢结构, 2002, 2 (17) :33-36.
[2] 李国强, 蒋首超, 林桂祥.钢结构抗火计算与设计[M].中国建筑工业出版社, 1999.
[3] 陈建锋, 曹平周.钢框架节点火灾温度场数值模拟分析[J].建筑学, 2008, 24 (7) :13-16.