عملکرد تیرهای فولادی مقاوم‌سازی شده
مقدمه عملکرد تیرهای فولادی مقاوم‌سازی شده:
امروزه ساختمان‌های بلند با اسکلت فلزی و بتنی ساخته می‌شوند و هر یک از سیستم‌های سازه‌ای بتنی و فولادی دارای مزایا و معایب منحصر به خود می‌باشند.
گرچه فولاد سازه‌اي داراي مزيت غير‌قابل اشتعال بودن است، ولي مقاومت تسليم و مدول الاستيسيته آن در دماهاي بالا به شدت كاهش مي‌يابد.
آنچه دارای اهمیت می‌باشد چگونگی پیشگیری و همچنین مقابله با خطرات آتش‌سوزی در ساختمان‌ها می‌باشد که باید بسیار مورد توجه قرار گیرد.
برای عایق‌کاری سازه‌های فولادی انواع پوشش ضد حریق وجود دارد که مهمترین آنها عبارت‌اند از:
مواد پاششی معدنی، رنگ‌های منبسط شونده، بورد‌ها و پنل‌های ضد حریق در سال‌های اخیر، عایق فولاد با استفاده از پوشش‌های مقاوم معدنی که جزو روش‌های غیرفعال محافظت در برابر آتش می‌باشد به علت سادگی اجرا و هزینه‌های پایین بیشتر مورد استقبال قرار گرفته است .
انواعي از پوشش‌هاي محافظت كننده در برابر آتش براي محافظت سازه در برابر آتش وجود دارد كه به طور كلي مي‌توان به پوشش‌هاي معدني پاششي، رنگ‌هاي پف‌كننده، تخته‌هاي معدني و غيره اشاره نمود. پوشش‌های ضد حریق با خواص معدنی دارای سنگ‌دانه‌های منبسط شده نظیر پرلیت و ورمیکولیت؛ چسباننده‌های هیدرولیک نظیر گچ و سیمان و یک عامل کفزا می‌باشند.
این پوشش‌ها به دلیل اطمینان از صحت عملکرد کاربرد بیشتری داشته و می‌توانند سازه را تا چهار ساعت در مقابل حریق عایق کنند .
در شرایط آتش‌سوزی، اعضای مختلف سازه‌ها تحت توزیع تنش‌های حرارتی متفاوت قرار می‌گیرند که این امر می‌تواند باعث تغییر شکل‌های بزرگ و کمانش در اعضا شود
ارائه مدل‌های ساختاری وابسته به دما برای فولادهای ساختمانی پرداختند. نتایج مطالعه او نشان می‌دهد که مقاومت تسليم فولاد سازه‌اي تا دماي نزديك 430ºC حدود 94 درصد مقدار اوليه آن مي‌باشد كه با افزايش دما، اين مقاومت كاهش يافته به گونه‌اي كه در 760ºC به حدود 16 درصد مقدار اوليه خود مي‌رسد.
مدول الاستيسيته فولاد سازه‌اي نيز در دماهاي 427ºC و 760ºC به ترتيـب 67 درصد و 11 درصد مقدار اوليه خود مي‌باشد.
بر این اساس، عایق کردن اعضای فلزی در برابر آتش بسیار حائز اهمیت هست و می‌تواند باعث کاهش قابل ملاحظه‌ای در خطرات جانی و مالی گردد.
با استفاده از روابط تحلیلی فرمولی را به منظور پیش‌بینی مقاومت در برابر آتش تیرهای فولادی تحت شرایط استاندارد بارگذاری آتش‌سوزی پرداختند.
به صورت تجربی و المان محدود به بررسی عملکرد مقاومت در برابر آتش تیرهای H شکل دارای بازشو که توسط ماده‌ای عایق پوشش داده شده است پرداختند.
نتایج مطالعه آنها نشان می‌دهد که با افزایش ضخامت پوشش، مقاومت آتش این تیرها به صورت خطی افزایش می‌یابد. دمای کمانش تیرهای فولادی دارای عایق ضد حریق را مورد مطالعه قرار دادند.
استفاده از تست‌های تجربی به بررسی رفتار تیرهای فولادی مقاوم شده در برابر آتش پرداختند.
نتیجه‌گیری
در تحقیق حاضر با استفاده از تحلیل‌های المان محدود به بررسی عملکرد تیرهای فولادی با مقطع I شکل تقویت شده با ورق CFRP که با پوشش ضد حریق در برابر آتش‌سوزی عایق شده‌اند پرداخته شد.
دمای حرارت شعله‌های آتش با استفاده از منحنی دما-زمان استاندارد ISO834 در نظر گرفته شد و با استفاده از مدل المان محدود سه‌بعدی تأثیر پارامترهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت.
با توجه به نتایج مشاهده می‌شود که استفاده از ورق‌های CFRP باعث افزایش قابل توجهی در سختی معادل سازه و در نتیجه ظرفیت باربری تیر می‌شود.
در مقابل با افزایش دما به علت کاهش شدید مدول یانگ فولاد، سفتی معادل کاهش یافته و در نتیجه به ازای یک مقدار مشخص نیرو جابجایی ایجاد شده افزایش می‌یابد. برای نمونه شاهد و نمونه دارای لایه ضد حریق به ضخامت 5mm، به ازای نیروی 4kN با افزایش دما از 25oC به 800oC حداکثر خیر تیر به ترتیب در حدود 88 درصد و 83 درصد افزایش می‌یابد.
علاوه بر این، نتایج نشان می‌دهد که پس از گذشت 180 دقیقه از زمان آتش‌سوزی دمای سطح خارجی پوشش ضد حریق برابر 1180oC شده ولی وجود لایه پوششی باعث می‌شود تا دمای جداره خارجی تیر فولادی و دمای ناحیه مرکزی آن به ترتیب در حدود 480oC و 220oC باشند.
بر این اساس، استفاده از پوشش ضد حریق در تیرهای فولادی تقویت شده با ورق‌های CFRP می‌تواند جلوی خرابی زودرس سازه‌های فولادی را بگیرد و در نتیجه عملکرد سازه‌های فولادی در برابر آتش‌سوزی بهبود قابل توجهی پیدا می‌کند.
برای مشاهده مطالب بیشتر به سایت www.farzdon.ir مراجعه نماید .