1 引言
最近五年间，韩国庆州、浦项地区发生地震，堤川、密阳地区发生火灾，这些灾难已经造成了人员伤亡和财产损失，特别是随着韩国国内建筑物的进一步高层化和复合化，地震及火灾的发生，使建筑物的稳定性和安全性成为了韩国社会无法忽视的实际问题，为了克服这些问题，在钢结构领域开发了可以应对多种事故的高性能新型钢材产品。
在韩国, SN及SHN等建筑结构用钢可以提高抗震性能，并已纳入结构设计标准,实际应用范围也在不断扩大。与此不同,20世纪90年代末开发的高温强度性能优秀的耐火钢（KS D 3865），如表1所示,由于韩国建筑钢结构设计标准中并没有明确耐火钢作为结构用钢材，因此，在实际应用中无法得到充分利用。与之相比，日本制铁公司的耐火钢板、耐火型钢、耐火钢筋等多种耐火钢材产品已经应用于各类施工现场。
2 耐火抗震钢性能
近来韩国在开发耐火抗震型钢材，可以同时应对地震及火灾事故。与现有的SHN钢材一样,为了发挥抗震性能，屈强比低、延性优秀,同时在高温下,屈服强度高于普钢,通过提高耐火性能来应对多种地质灾害。
一般来说，在达到屈服强度之前，常温下钢材的应力-应变关系大致分为弹性区间、屈服区间；达到抗拉强度之前分为应变硬化区间。与此相反,如果钢材的温度上升到400℃以上,初期弹性区间就会变短,而且不会出现明显的屈服现象。全区间出现非线性的应力-应变关系，与室温条件下相比，屈服强度和抗拉强度越来越低。对于普钢而言，在538℃左右，屈服强度会降至室温屈服强度的2/3，另外，AISC341-16、BS5950-8、Eurocode3等耐火设计规范中还借用了容许应力设计的安全率概念，特别规定了钢材的极限温度。
对于耐火钢材，规定了性能要求，在屈服强度达到普钢2/3时，将温度提高到600℃以上（KS D 3865，见表2）。实际上，为了确保抗震性能,很难同时控制屈强比和提升高温抗震强度,但在抗震钢材中，在钢材的基本组成中适当添加Mo和Nb等合金元素，就可以使得钢材同时应对地震及火灾事故。
3 耐火抗震钢结构构件的耐火性能
为了将耐火抗震钢应用于建筑物主要结构柱,需要对构件的耐火性能进行验证。一般来说,对结构构件的耐火性能通过非载荷加热试验或载荷加热试验进行评价（KS F 2257-1）,对于耐火抗震钢,则通过载荷加热试验验证耐火性能。这是因为非载荷加热试验是根据构件温度变化来判定。温度变化是否控制在极限温度以下,从而确认普钢和耐火抗震钢的性能几乎没有差异。与此不同，载荷加热试验中，耐火抗震钢的高温强度性能保留在构件的承重支撑力上。图1以无包覆钢架柱为对象，比较了室温屈服强度（名义屈服强度420MPa）相同的普钢（SM420）和耐火抗震钢（FR420）的耐火时间，可以确认，与普钢相比，耐火抗震钢的耐火性能更为突出。
4 今后的研究方向
目前，韩国正在对建筑领域的国家建设标准进行修订,预计将重新编制可实际应用的耐火结构设计标准。在新的耐火结构设计标准中,到目前为止，主要适用的结构耐火设计工艺及以耐火结构认定制度为基础的设计,今后部分有望被工学(或性能基础)耐火结构设计来代替。鉴于此，耐火抗震钢的开发在工程耐火结构设计的基础上，以及钢结构建筑中具有充分的应用空间，可以有效应对包括火灾在内的多种事故，因而值得关注。不过，为了在实际建筑结构中应用，需仔细研究与普钢在材料性能上的差异性，以及在多种结构构件单元中如何发挥性能，同时还需要开发合适的接合材料及性能验证作为后盾，因此，今后还需进行深入研究。
《世界金属导报》
2024年第43期 B11
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