覆板复合防火保护方钢管柱抗火试验与简化理论模型研究

作     者：李瑞 陈伟 叶继红 姜健 尹亮 叶建 

作者机构：徐州市工程结构火安全重点实验室(中国矿业大学) 应急管理部天津消防研究所 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室(中国矿业大学) 中国建筑第三工程局有限公司 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52278228) 

主　　题：覆板复合防火保护 方钢管柱 足尺抗火试验 简化理论模型 抗火设计 量化评价 

摘      要：覆板复合防火保护是在钢构件壁面覆盖防火板与防火棉毡的相互组合从而形成的一类防火保护措施，较涂料防火保护具有干法施工、耐久性好、装饰一体化等优点。针对方钢管柱，本文提出了一种新型覆板复合防火保护构造，开展了2根0.6荷载比率下方钢管柱足尺持荷抗火试验。试验试件采用防火石膏板和硅酸铝棉毡进行复合防火保护，呈现受火全截面局部屈曲破坏，最高耐火极限达147min。为了实现方钢管柱受火温升高效求解，提出了一种四面受火环境下覆板复合防火保护方钢管柱温升简化理论模型，将方钢管柱的横截面二维受火传热简化为等效一维传热问题，推导了理论模型的控制方程。采用传统的抗火有限元模拟手段，将方钢管柱典型算例由2个扩充至23个。算例对比表明简化理论模型计算精度高，算例温升平均误差6.03%，同时计算效率平均提高35.7倍。结合国家标准中的钢构件临界温度法，提出覆板复合防火保护方钢管柱抗火简化设计方法。算例对比表明抗火简化设计方法准确度良好，耐火极限平均误差4.46%，实现了该类钢结构构件高效抗火设计。