混凝土结构抗火研究综述与建议

为了促进混凝土结构抗火研究的发展,从火灾温度场发展过程、混凝土结构抗火性能与抗火设计、火灾后结构损伤评估与加固修复、混凝土结构抗火性能提高方法等4个方面出发,总结混凝土结构抗火研究成果,指出研究中存在的问题并展望了其发展趋势。从空气、结构温度场2个方面归纳了火灾温度场研究方法,总结不同参数对混凝土材料、构件、结构高温性能的影响规律,分析现有混凝土结构抗火设计方法的应用以及其优点和不足,梳理火灾后结构损伤评估流程,分析火灾后实际工程损伤评估与加固修复案例,并对现有火灾后结构损伤检测和维修加固方法进行总结,最后,从材料及构造2个方面总结提高混凝土结构抗火性能的方法。研究表明:高温下混凝土结构力学性能劣化严重,掺加纤维、调整原材料配合比和应用合理构造措施可提高混凝土结构抗火性能,掺聚丙烯纤维可有效避免高性能混凝土高温爆裂。后续应重点研究高温下大空间混凝土结构温度场分布,材料高温性能随机性对混凝土构件力学性能的影响规律,不同温度-荷载路径及反复升降温对结构和构件高温性能的影响,科学的混凝土结构火灾损伤评估体系,结构抗火可靠度设计理论研究和高性能混凝土结构抗火设计方法等方面。     

压型钢板-混凝土组合楼板温度场有限元模拟

采用有限元方法，对火灾下压型钢板-混凝土组合楼板的温度场进行了分析，得到了瞬态温度场分布云图及温度随啼间变化的曲线，并与试验结果进行比较，二者吻合较好．表明所建立的计算模型合理、模拟方法正确、可行；同时比较了两个不同仿真模型的计算结果，从而得出最佳计算模型，为计算火灾下构件温度场提供了实用的方法；对研究组合楼板抗火性能具有重要意义．     

钢筋混凝土柱火灾试验数值模拟的关键技术

基于三维热分析实体元和三维梁单元,利用Visual C 编制钢筋混凝土柱火灾试验数值模拟程序RCSSCF,模拟火灾试验时柱式构件中部受火的情况,并考虑了轴力的二阶效应.研究结果表明, 采用的温度场求解的子结构技术,适用于炉膛内外交界区域及钢筋混凝土结构梁柱节点的三维温度场的求解.在保持计算精度不变的前提下,该求解方法能够明显减少计算时间.材料本构关系加卸载对柱耐火极限的预测精度影响不大,但对升温后期轴向变形的预测结果影响较大.在进行钢筋混凝土结构的抗火性能研究时,需要考虑材料本构关系的加卸载.     

钢结构抗火研究

钢结构是工程实际中应用广泛的结构形式，具有强度高、自重轻、可利用空间大等优点，但其耐火性较差，因此钢结构的抗火性能研究是重要的课题之一。文章综述了国内外有关钢结构抗火研究的主要试验结果和理论研究成果，总结了现有的结构抗火设计理论、计算方法及其工程应用。     

升温和降温过程中混凝土梁内温度场的试验研究

为研究升温和降温过程中混凝土梁不同位置处的升温、降温速率及温度场的分布规律,通过8根混凝土梁在高温炉中的加热和冷却试验,测定了4种温度工况（400、600、700、800℃）下混凝土梁内不同位置处温度随时间的变化规律。通过试验数据的分析,得到了加热和冷却过程中混凝土梁内不同位置处升温、降温速率的特点及温度场的变化规律,为混凝土高温或火灾试验中确定合理的加热时间提供了参考依据。     

火灾对钢结构的反应分析

应用ANSYS软件计算了钢结构在标准的升温模式下的温度场,然后,利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中。分析了钢结构在局部发生火灾情况下的力学响应及对结构整体的影响,计算了局部结构构件的内力,并与文献[1]提供的实用方法计算结果进行了比较,分析了两者之间产生误差的原因。     

火灾下大空间铝合金网架受力性能

针对铝合金空间结构抗火性能较差的问题,以正放四角锥铝合金空间网架为对象,基于实用大空间建筑火灾空气升温经验模型模拟火灾温度场,采用增量法对各构件的温度进行计算,利用ANSYS WORKBENCH构建铝合金网架遭受火灾温度场的有限元模型,研究铝合金网架在火灾下不同时间段的受力效应和变形特征;并利用有限元的手段,对比分析了铝合金网架和Q355普通钢网架在火灾下的受力性能。研究结果表明:铝合金网架在火灾升温60 min时温度达到峰值,最大温度应力主要集中在角部支座附近,其变形特征为整体向上起拱;铝合金网架从角部杆件发生局部破坏,随后造成整体变形过大而导致整个网架的坍塌破坏;铝合金网架在常温下受力性能优于Q355普通钢网架,但火灾下受力性能劣于Q355普通钢网架,工程实践中应根据结构的使用功能合理选择结构的材料。     

高强钢结构抗火研究进展

高强钢结构的性能与应用是近年来建筑结构领域的热点研究课题之一,其火灾性能至关重要.本文总结国内外高强钢结构的抗火研究现状,包括高强钢高温材料性能、高强钢构件抗火性能以及高强钢用于梁柱连接节点的抗火性能研究等.不同种类高强钢的高温力学性能差异显著,且基于普通钢材料力学性能的现行钢结构设计规范均不能经济可靠地指导高强钢结构防火设计;国内外对高强钢构件及节点的抗火性能研究以理论分析和数值模拟为主,试验研究相对匮乏,远不能满足高强钢结构设计需求.因此,有必要进行更多更深入的试验和理论研究,以完善高强钢结构的设计理论,为相关设计规范修订提供依据.     

火灾高温下钢框架承载力及等效荷载分析

基于对火灾场钢结构框架梁极限抗弯、抗剪承载力和框架柱承载能力及稳定性的变化分析,提出采用等效楼面活荷载的增大来描述火灾高温对钢结构框架极限承载能力的削弱.建立火灾高温作用下钢结构框架梁极限抗剪承载力,框架柱承载能力和平面内、外稳定性以及结构等效楼面活荷载的计算表达式.通过具体算例分析火灾条件下,具有不同保护层厚度的钢框架梁、柱极限承载力以及结构等效楼面活荷载的变化规律,并将等效楼面活荷载计算方法与现有计算方法进行实例对比分析.分析结果表明:对于火灾高温作用下具有不同保护涂层厚度的钢结构框架,可根据火灾的燃烧时间和结构构件温度的变化,采用不同的等效楼面活荷载来分析火灾高温对结构受力性能的影响,简化结构的受力计算,判断其极限承载能力的变化.     

带楼板钢筋混凝土T形梁火灾下(后)温度场研究

为了进一步研究I S O-8 3 4标准火灾作用下三面受火带楼板钢筋混凝土T形梁的温度场分布,采用A B A Q U S非线性有限元软件建立带楼板钢筋混凝土T形梁的温度场分析模型,在此基础上,在不同T形梁截面尺寸和高宽比等情况下,对考虑升、降温全过程的温度场和火灾后温度场分布进行研究。研究结果表明:楼板对钢筋混凝土梁的截面升温有较大影响,T梁腹板宽度影响相邻楼板的温度场分布;考虑升温和降温全过程后,内部混凝土达到最高温度的时间明显滞后,距离受火面越远,升温滞后越严重;火灾后的混凝土截面温度场分布与升温或降温过程中任一时刻的温度场有较大不同,进行火灾后钢筋混凝土T形梁的力学性能分析时,应采用火灾后(历史最高)温度场。     

钢筋混凝土简支梁的耐火极限

编制了普通／高强混凝土简支梁高温反应的全过程分析程序，程序中近似考虑了高强混凝土的爆裂效应，程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证．文中针对不同荷载比、混凝土保护层厚度、跨高比和配筋率共288种工况，进行普通／高强混凝土简支梁的高温反应分析，揭示了各主要参数对上述两类简支梁耐火极限的影响规律，并对两者进行对比．通过计算，定量地给出了两类简支梁耐火极限的简化确定方法．结果表明：高温爆裂对高强混凝土简支梁的耐火极限影响显著；严格控制荷载比和适当增加混凝土保护层厚度是提高普通／高强混凝土简支梁耐火极限的有效措施．     

高强混凝土柱的耐火极限

编制了高强混凝土柱高温反应的全过程分析程序,程序中近似考虑了高强混凝土的爆裂效应,程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证.针对不同轴压比、截面尺寸、配筋率和荷载偏心率共480种工况进行了高强混凝土柱的高温反应分析,揭示了各主要参数对高强混凝土柱耐火极限的影响规律,并与普通混凝土柱的相应结果进行了对比.基于计算结果定量给出了高强混凝土柱耐火极限的简化确定方法.研究结果表明,高温爆裂对高强混凝土柱的耐火极限影响显著;严格控制轴压比和荷载偏心率、保证足够的截面尺寸,是提高高强混凝土轴压柱和偏压柱耐火极限的有效措施.     

Two typical phenomena from the numerical simulation of fire and smoke transport in a gymnasium fire

Building a large centralized atrium in a building has become favourable both to designers and owners. The space of an atrium in a hall, theatre or gymnasium, can occupy an area as large as thousands of square meters and a height as high as 10―30 meters[1…     

基于亮度守恒假设的火灾图像运动特征提取

论述了火灾火焰和烟雾图像特征分析及提取方法,分析了这些方法尚存在的问题,指出了火灾图像运动特征分析相对于静态特征分析的优势.针对亮度不变假设在提取火灾火焰和烟雾图像运动特征时存在的问题,提出将目前最新的光流计算方法——亮度守恒假设应用于视频火灾探测中,结合全局平滑性假设,推导了亮度守恒方程解的迭代形式,并对基于亮度守恒假设的火灾火焰和烟雾图像运动特征识别方法进行了分析和讨论,为开发更加准确可靠的视频火灾探测识别算法提供了理论支撑.     

植筋连接混凝土梁耐火极限计算方法

为定量评估火灾情况下的耐火极限,提出了高温下植筋连接混凝土梁耐火极限预测方法.采用等效截面法,考虑混凝土和钢筋强度在高温下的弱化,对截面进行强度折减,等效为阶梯形截面,结合常温下构件力学性能的简化计算理论及火灾中单根植筋的极限承载力计算公式,提出火灾中植筋混凝土梁耐火极限的计算方法,并与试验值进行对比分析.结果表明,本文公式计算出的植筋构件耐火极限与试验结果能较好地吻合,计算值与试验值的误差都在15%左右,差值一般都在15min以内,可以用该方法进行植筋连接混凝土梁的耐火极限计算.     

通风环境中不同油水比例柴油池火的燃烧特性

在不同风速和油水比例条件下进行柴油池火实验,通过对火场温度、辐射热通量、燃料质量损失速率的测定和喷溅现象的观察,分析通风环境和油水比例对柴油池火燃烧特性的影响.结果表明,自然通风条件下,油水体积比1∶1的柴油池火在旺盛阶段一直处于沸溢的状态,并伴随连续性喷溅,火焰温度及辐射热通量均达到了最大值;随油水体积比的减小,火焰温度和辐射热通量降低,喷溅频率和剧烈程度降低.当风速增加至1.0 m/s时,通风对柴油池火的促进作用占主导地位,池火旺盛阶段持续时间增长;风速增加到1.5 m/s时,柴油池火旺盛阶段持续时间缩短,通风对池火的负面影响占据了主导地位.     

钢管混凝土柱截面温度场的简化计算方法

为方便实用,研究了火灾下铜管混凝土柱截面温度场的简化计算方法。首先,编制了有限差分法的数值计算程序来计算火灾下钢管混凝土柱的截面温度场,程序计算结果与试验结果符合得较好;其次在试验结果和大量数值计算结果的基础上分析了钢管壁厚、钢管直径以及混凝土骨料类型等因素对截面温度场的影响;最后,对部分主要因素对截面温度场的影响进行了简化处理,并拟合给出了火灾下钢管混凝土柱截面温度场的简化计算方法,简化计算方法的精度满足工程实用的精度要求。     

钢筋混凝土受弯构件三面受火时非线性分析

采用三维非线性有限元法对钢筋混凝土梁在受火时力学性能进行了描述，钢筋混凝土截面温度场的分布用简化数值法来进行计算，然后将其结果输入到有限元程序中进行时间－温度应力全过程分析。分析了各种参数对混凝土梁在受火时性能的影响。本方法能有效地预测混凝土梁在受火时的承载力及力学性能。     

平巷烟流滚退逆行规律

运用环境流体力学及传热学的相关理论,研究了水平巷道火灾烟流滚退规律,通过对滚退烟流与巷壁间的热交换过程分析,得出了滚退发生时烟流逆行距离的函数表达式,并对其进行简化以便于实际应用.     

用米埃-格临爱森模型计算苯的高压物态方程

采用简化模型，假定高压下冲击产物全部转变成金刚石和原子氢，计算了苯的理论物态方程。理论羽贡纽曲线与实验结果在高压段较为符合。分析了模型的局限性。从结果分析推断在40GPa以上，产物中石墨相全部转变成金刚石。