Page 21 - 电力与能源2022年第三期
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汪 洋, 等: 变电站钢结构常规抗火方法及新型抗火方法探讨 2 1
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4.1 基于蜂窝梁的变电站钢结构抗火方法 的热导率远超过任何一种已知的金属。文献[ 16 ]
蜂窝梁由于轻质高强的特点, 被广泛应用于 在重力式热管研究中指出, 热管当量导热系数最高
大跨度结构中, 在火灾下更有利于悬链效应的发 可达3000~15000W ·( m · ℃ ) 。即热管的当
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展。文献[ 13 ] 采用试验研究了有防火保护及无防 量导热系数是钢材导热系数的 66~333 倍。文献
火保护的实腹梁及蜂窝梁在火灾下的升温情况。 [ 17 ] 指出目前热管技术已经基本成熟, 处于推广应
结果表明, 火灾下没有进行防火保护的实腹梁及 用和研发应用阶段。因此, 将钢结构或结构内部设
蜂窝梁翼缘和腹板在升温速度基本一致。蜂窝梁 计为热管形式或外部布置热管, 必然能显著提高钢
蜂窝孔的设计, 引起截面温度不均匀分布, 使得钢 结构高温热量的传导能力, 从而延缓高温破坏的时
梁挠度升温初期较大, 但总体挠度较实腹梁要小。 间甚至避免。
文献[ 14 ] 进行了 10 组火灾试验研究了不同连接
5 结语
形式( 包括靖板连接、 柔性端板连接、 平端板连接、
腹板夹板连接及外伸端板连接) 对火灾下钢梁悬 ( 1 ) 深入钢材火灾破坏机理分析, 指出了结构
链效应发展的影响。试验结果表明, 平端板连接 抗火的 3 个关键问题: 如何有效堵截火灾高温集
抗拉承载力较高, 但破坏模式属于脆性破坏, 腹板 中热量对结构的影响; 如何有效疏导结构上火灾
夹板连接的延性较好, 火灾下受力性能最好。文 高温 集 中 热 量; 如 何 有 效 提 高 结 构 自 身 的 抗 火
献[ 15 ] 指出小荷载和大跨高比的蜂窝梁在火灾时 能力。
能充分发挥悬链效应, 当孔洞位于腹板下方时, 由 ( 2 ) 分析了常见抗火方法原理, 提出了堵截
于截 面 上 部 温 度 较 低, 更 能 发 挥 蜂 窝 梁 的 极 限 法、 疏导法、 新材料的抗火分类方法。
温度。 ( 3 ) 分析了堵截法抗火原理的矛盾之处: 保护
由分析可知, 蜂窝梁能提高火灾时结构的受 层在一定程度上提高了耐火极限, 但是当发生火
力性能和耐火极限温度。查阅现有文献资料, 未 灾时却不利于救火和热量散失, 反而降低结构的
发现将蜂窝梁应用于变电站钢结构的研究。因 耐火极限。
此, 在未来的抗火研究中, 应该考虑蜂窝梁形式的 ( 4 ) 从抗火原理角度, 探讨了蜂窝梁形式用于
变电站钢结构。 变电站钢结构抗火的可行性。
4.2 基于热管的结构抗火方法 ( 5 ) 从抗火原理角度, 探讨了热管技术用于结构
通过高温下钢结构的破坏原理分析可知, 材 抗火时, 可以显著提高结构抗火性能的全新思路。
料对高温下热量响应是火灾破坏的主要原因。通 参考文献:
过常规抗火方法原理分析可以得知, 任何抗火方 [ 1 ] 李国强, 蒋首超, 林桂祥 . 钢结构抗火计算与设计[ M ] . 北
法都是对高温下热量的处理方式。疏导法对抗火 京: 中国建筑工业出版社, 1999.
最有效, 但是存在理论简单但实际应用困难的问 [ 2 ] 李国强, 郭士雄 . 受火约束钢梁在升温段和降温段行为的
理论分析[ J ] . 防灾减灾工程学报, 2006 , 26 ( 3 ): 242-250.
题。堵截法不能有效地将热量导出, 反而不利于
LIGuo q ian g , GUOShixion g .Anal y sisofrestrainedsteel
防火。抗火性能的关键问题是火灾产生的高温集
beamssub j ectedtotem p eratureincreasin g anddescendin g
中热量的有效散失问题。 p artl : theor y [ J ] .JournalofDisasterPreventionandMit-
钢的导热系数一般在 45 W ·( m · K ) 左 i g ationEn g ineerin g , 2006 , 26 ( 3 ): 242-250.
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右, 这意味着在一定时间内, 1m 厚钢材, 温差为 [ 3 ] 吴明涵 . 高温下钢框架的塑性力学特征分析[ D ] . 合肥: 安
徽建筑大学, 2019.
1 ℃ 时通过 1m 面积传递的热量只有 45 W 。低
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[ 4 ] 中华人民共和国公安部 .GB51249 — 2017 :建筑钢结构防
效的热量传递, 必然引起热量集中无法散失, 进而
火技术规范[ S ] . 北京: 中国计划出版社, 2017.
引起局部钢材的高温软化破坏。从另一方面讲, [ 5 ] Euro p eanCommitteeforStandardization.Eurocode3de-
将集中热量迅速导出, 必然会减少钢材高温软化 si g nofsteelstructure [ S ] .Wile yVCHUKedition , 2015.
[ 6 ] 陆 刚 . 现代钢结构建筑防火的设计概要[ J ] .中国建筑
的可能, 从而提高钢材的耐火极限。
金属结构, 2015 ( 4 ): 80-85.
热管是一种高效传热元件, 它通过一个很小的
LU Gan g .Desi g nsummar yoffirep reventionofmodern
面积可以传递大量的热量。除了传热效率高之外,
steelstructurebuildin g s [ J ] .ChinaConstruction Metal
它还具有体积紧凑、 重量轻、 无噪声等优点。热管 Structure , 2015 ( 4 ): 80-85.