基于不同时间-温度场模型的索穹顶火灾响应分析

针对跨度71.2,m的Levy型索穹顶,采用ISO834标准升温曲线和实用大空间建筑火灾空气升温经验公式,分别计算索穹顶各节点处在火灾下的时间-温度场模型.同时基于FDS场模拟软件,考虑索穹顶屋顶中心设有排风口与未设排风口两种情况,模拟得到了索穹顶在火灾过程中的时间-温度场模型.随后采用ANSYS有限元分析软件,数值模拟索穹顶在上述4种不同的时间-温度场模型的结构响应,并进行了对比分析.结果表明:在地面中心火源的火灾过程中,索穹顶中心拉力环位移最大,竖向位移逐渐增大;在采用ISO834标准升温曲线、实用大空间建筑火灾空气升温经验公式及FDS模拟屋顶中心未设有排风口情况下,内脊索索力逐渐下降至零,最终退出工作,导致结构整体失效;采用传统已有的经验公式得到的时间-温度场与大空间穹顶建筑的实际时间-温度场相差较大,应依据实际建筑体形以及排风口设置情况确定时间-温度场模型.     

水平火灾实验炉试验与模拟分析

基于改进热平衡法,结合天然气燃烧的特点,采用火灾动力学模拟软件(FDS)构建水平火灾实验炉的数值模型,进行混凝土双向板火灾试验模拟研究.结果表明:通过控制燃料的供应速率控制燃烧机的输出热功率,可以实现水平火灾炉升温曲线与ISO 834的标准火灾升温曲线接近,模拟平均炉温与试验平均炉温最终误差为2.2%(22 ℃);水平炉烟道口温度高于平均炉温约87 ℃,与实际火灾实验炉烟道口频繁损坏现象吻合,因此,在实验炉设计中,应提高烟道与炉墙连接区域的设计耐火极限;FDS模拟得到的火灾炉内部及楼板受火面温度场呈不均匀分布,符合火灾实验炉各热电偶测点实测升温曲线不同的规律,温度场数据可用于研究非均匀温度场对混凝土板力学性能的影响.     

改进热平衡法的燃油式火灾试验炉模拟与分析

为实现火灾动力学模拟(FDS)软件对火灾试验炉的模拟,以热平衡法为基础,在原燃油生成热计算公式中引入有效燃烧系数,使其适用于FDS对轻柴油燃烧的模拟;依据质量守恒原理,计算离炉烟气带走热量代替原来的经验公式计算法,进而提出基于改进热平衡法的FDS模拟火灾试验炉的方法.模拟结果表明:相较于热平衡法,改进热平衡法FDS可以更好地模拟火灾试验炉的燃烧过程,模拟平均炉温曲线和设定的ISO-834标准升温曲线吻合得更好.     

不同通风条件下办公室火灾时温度场研究

为得到较为真实的火灾时某钢结构办公室的空气温升曲线,利用FDS(Fire Dynamics Simulation)软件进行数值模拟,研究了通风条件的改变对其温度场的影响,最终得到最危险时室内空气的温升曲线.结果表明:通风口可以加速火灾发展,室内热释放速率增大、温度增高.当房间门窗打开时,室内温度达到最大值,为最危险情况,在此情况下模拟得到的空气温升曲线与标准温升曲线ISO834有较大差异.为更加真实反映室内温度分布,将房间进行区域划分,得到了不同区域的温升曲线.     

火灾模拟实验智能测控系统

按国际标准ISO834升温特性, 针对火灾模拟实验炉开发了一套火灾模拟实验过程智能测控系统. 该系统包含带智能通信的多路温度采集、带主元分析神经网络炉温数据融合、炉温智能PID控制等多种智能信息处理技术. 智能通信同时拥有RS-485串行和EPP并行接口, 保证了所采集的多路温度数据的实时性;采用带主元分析和RBF神经网络的炉温数据融合模型使炉温估计精度比采用常规的最小二乘方法所得的拟合精度明显提高;采用智能PID控制则使炉膛的实际升温曲线符合ISO834国际标准升温要求.     

灌浆套筒连接钢筋高温后抗拉性能试验

目的研究灌浆套筒连接钢筋高温后的抗拉性能,为采用灌浆套筒连接钢筋的装配式钢筋混凝土结构火灾后性能评估提供依据.方法选定直径为25 mm的钢筋,用灌浆套筒连接,制作5个试件,分为三组.第一组1个试件,不升温,用于抗拉性能对比.第二组和第三组各有2个试件,在火灾试验炉中按ISO 834曲线升温15 min和25 min,用热电偶采集受火试件内灌浆料的温度时间曲线,受火试件的温度降到室温后,在试验机上进行拉伸试验,测出5个试件的极限承载力.结果根据试验结果,初步确定影响试件破坏形式的灌浆料临界温度在700℃附近,拟合出了在ISO 834升温曲线下灌浆料经历的最高温度与套筒连接试件极限承载力之间关系的经验公式.结论火灾产生的高温会降低灌浆料的力学性能,对高温后套筒连接钢筋试件的极限承载力有明显影响;拟合的经验公式对装配式钢筋混凝土结构火灾后性能定量评估具有重要的参考价值.     

地下商业街火灾时期人员疏散安全性研究

以地下商业街为对象,研究不同工况下人员疏散的安全条件。采用火灾模拟软件FDS建立火灾模型,模拟并分析了3种工况下火灾烟气能见度、温度及CO浓度的不同变化,得出不同工况下的火场危险时间,并对人员疏散进行了理论计算。得出,机械排烟和水喷淋系统对火灾烟气控制效果不同,排烟和喷淋系统同时作用下效果最好,能够保证人员安全疏散所必需的时间,可以作为火灾扑救和人员疏散的指导。     

矩形钢管混凝土翼缘梁与柱节点的火灾滞回性能

地震时火灾往往对钢结构力学性能产生严重影响,因此钢结构耐火是结构领域研究热点。为了研究矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点火灾过程中滞回性能,根据标准升温曲线ISO834,对矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点、纯钢节点进行热力耦合数值模拟,得到了火灾中的滞回性能。研究结果表明:滞回曲线随温度升高越来越水平,塑性出现越来越早;升温过程中,矩形翼缘组合梁节点的滞回性能优于纯钢节点;钢材和混凝土性能受温度变化影响机理不同,应加强上翼缘钢管的耐火方法研究。由上述结果得出:对于处于高烈度区有火灾隐患的结构可采用矩形翼缘组合梁,且应加强矩形翼缘组合梁耐火的深入研究。     

桥面车辆火灾对斜拉索影响的简化分析方法

桥面车辆火灾的场景多样,对斜拉索造成的影响差别很大.用不同的火灾位置区域代表不同的拉索失效状态和失效根数,可建立桥面车辆火灾对斜拉索影响的简化分析方法.在确定斜拉桥常见火灾类型和拉索失效准则的基础上,分析火灾位置对拉索温度的影响规律,根据有限元计算结果提出通用的拉索失效区域和不同失效根数的区域划分方法,两者结合形成火灾对拉索影响程度的区域,该区域划分结果可以直接指导火灾场景下拉索受影响程度的判断.     

正交胶合木楼板炭化速度有限元分析

为研究正交胶合木(CLT)楼板炭化速度有限元分析方法,在ISO834标准升温条件下进行了3组国产CLT楼板的火灾试验。对胶黏层的拉伸与剪切试验进行有限元模拟,建立了2种CLT楼板炭化速度有限元模型,即未考虑层板脱落和考虑层板脱落的有限元模型。将试验得到的温度-时间曲线、炭化深度(速度)曲线与有限元模型的模拟结果进行对比。研究结果表明,受火时间越长,炭化速度越大;采用胶黏单元来模拟CLT板中的胶黏剂是可行的;考虑层板脱落的炭化速度有限元模拟结果与试验得到的炭化速度结果吻合较好。     

考虑木材燃烧效应的大空间体育馆木结构建筑火场升温模型研究

木结构建筑因具有美观环保的特点被越来越多的建筑设计师所采用,更多建筑形式优雅、结构受力可靠的大空间木结构建筑被设计出来。然而,木材作为一种易燃材料,在经历火场高温后会发生复杂的物理化学反应,热解会导致其力学性能的退化,且大空间火灾的升温情况与普通室内火灾有所不同,这阻碍了木结构建筑的推广应用。参考大空间建筑火灾的经验公式形式,建立了适合大空间木结构建筑的多点火源燃烧火场升温分析模型。基于火灾模拟软件FDS进行有限元建模,分析在木材燃烧效应下大空间木结构建筑内火场升温状态,研究建筑面积、建筑高度、火源功率等因素对于大空间火场升温的影响。研究结果表明,当建筑面积越大、建筑高度越高、火源功率越大时,火场的最高升温就越大,且大空间建筑内的顶棚区域是火灾最为严重的区域。经对比,所提出的大空间木结构建筑火灾升温曲线可满足结构设计过程中的安全性、经济性和适用性要求,为今后大空间木结构建筑的防火研究打下坚实的基础,并为后期木构件建筑温度场的分析提供理论依据。     

某大跨度屋顶钢网架结构火灾安全分析

本文提出了一种基于性能计算分析的适用于大跨度建筑中钢结构的火灾安全评估及经济合理保护方法。该方法首先采用FDS模拟进行火灾场景分析，再采用Alpert模型计算屋顶钢网架结构附近的火灾烟气温度，得到钢结构所处的热环境，继而判断铜构件是否能达到其耐火临界温度，进而决定需不需要采取防火保护措施。     

防火玻璃窗耐火性能数值模拟

目的计算火灾过程中防火玻璃窗在不同力学约束条件下的耐火时间,提出防火窗中玻璃的合理安装方式,确定防火玻璃窗在抑制建筑火灾纵向蔓延中的作用.方法首先使用FDS软件,计算火场内升温曲线;然后使用ANSYS软件,分析预定火灾场景下防火玻璃内的温度场,计算防火玻璃在四种不同的力学边界约束下的应力分布和单元失效过程.结果防火玻璃温度场出现"边框现象",且防火玻璃在四边固定、两边固定两边自由、三边固定一边自由以及四点固定耐火时间为1 113 s、1 051 s、983 s、1 531 s.结论四点固定防火玻璃窗在火灾下应力分布合理,耐火时间长,是合理的安装方式.     

耦合数值模拟技术的火灾后混凝土桥梁安全评估方法

文章提出了基于数值模拟技术的火灾后混凝土桥梁安全评估方法,该方法利用先进的数值模拟手段,重点改进评估过程中温度场和桥梁整体力学特性的计算分析。通过详细的火灾调查和火灾模拟软件实现火灾过程的准确重构,提取火场温度并结合ANSYS热力耦合分析,对火灾后桥梁的整体力学特性进行定量分析。通过对火灾后混凝土桥梁安全评估,能够给出更加合理、经济的桥梁损伤修复方案。     

基于FDS的不同排烟模式下餐馆火灾数值模拟

为研究火灾场景下自然排烟和机械排烟2种方式对火灾发展的影响,指导人员进行安全疏散和为消防队灭火救援提供参考依据,采用FDS软件模拟的方法对特定餐馆模型在不同排烟方式下厨房、走廊、餐厅的温度、能见度、CO浓度变化情况和烟气蔓延过程进行分析探讨。结果表明:综合3项安全指标考虑,自然排烟模式下走廊区域在火灾发生后81 s内为最佳逃生时间,而在机械排烟模式下,最佳逃生时间延长至100 s.自然排烟模式下,餐馆所有区域在277 s后均处于危险状态,而机械排烟能够将烟气控制在局部范围内,餐馆一半以上区域没有受到火灾波及。与自然排烟相比,机械排烟有效地将各个区域到达3种危险状态的时间推后,为人员的安全撤离争取了宝贵的时间。从而为保证火场人员的安全疏散和消防人员的灭火救援提供有利条件。因此,餐馆的防排烟系统设计宜选用布置合理、参数可靠的机械排烟系统。     

瞬态温度场下非对称布索斜拉桥的温度分析

非对称布索斜拉桥是一种结构体系新颖的斜拉桥,它既不同于普通对称结构斜拉桥在恒载作用下塔两侧的斜拉索水平力可保持平衡,又不同于无背索斜拉桥完全依靠倾斜索塔的自重平衡主跨主梁的自重.此类桥梁的背索不仅可以为桥塔提供抵抗力矩,而且还可以通过调整索力来改变全桥的受力性能.因此,温度场对此类桥梁的影响也随着桥型自身的特点而不同于普通对称结构斜拉桥.结合一非对称斜拉桥实例,通过环境的综合温度模拟结构的温度场的方法来分析桥梁的温度内力,得出非对称结构独特的温度内力分布结果,并通过与规范值比较,得出在实际计算中应结合当地的具体条件对温度场取值的结论.     

多损伤场景下大跨径斜拉桥易损性

为了研究大跨径双索面斜拉桥易损斜拉索部位,进一步优化结构健康监测传感器布置方案,基于大跨径斜拉桥结构特点及受力性能,以斜拉桥主梁屈曲安全系数和应力安全系数为评价指标,以大跨径全漂浮分肢柱式塔四索面分离式钢箱梁斜拉桥为依托,采用有限元分析软件,分别采用Beam4梁单元和Link10桁架单元模拟塔/梁构件和拉索构件,建立该斜拉桥的三维有限元空间模型;计算分析了拉索整体性能退化、单根断索、单对断索3类损伤场景下149个工况的主梁屈曲安全系数和应力安全系数。分别考虑结构损伤比例和所造成损伤程度,采用Pareto多目标评价方法,根据结构最小损伤比例作用所造成结构损伤程度最大的优化原则,分别研究了3类损伤场景下斜拉索的易损性,确定了易损斜拉索的部位。研究结果表明:成桥拉索索力随着索长的增加而逐渐增大,内侧索力基本大于外侧索力;拉索整体性能退化程度从无损伤到损伤增加至30%,主梁屈曲安全系数呈线性增大趋势,应力安全系数呈线性减小趋势,但二者变化幅度均较小;单根断索或者单对断索损伤场景下,易损拉索为中跨10~#、边跨6~#,较易损拉索为1~#～5~#、7~#～9~#等。该结果可为研究双塔双索面钢箱梁斜拉桥斜拉索的易损薄弱部位,布控长期监测传感器和提高结构安全性提供科学依据和参考。     

杭州过江隧道人员安全疏散评估方法研究

以杭州过江隧道为研究对象,分析了隧道火灾时人员安全疏散准则及影响因素,介绍了隧道火灾时人员安全疏散的一种评估方法。通过设定包含最不利情况的火灾场景,然后对各种火灾场景下的烟气蔓延及人员疏散进行模拟,得到了各种火灾场景下隧道内的可用安全疏散时间ASET曲线和必需安全疏散时间RSET曲线。然后比较分析两曲线,进行方案的优化选择,确定最终的设计方案。     

混凝土薄壁箱梁高温冲击模式及时变效应研究

针对混凝土薄壁箱梁的耐火性能,综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的多种参数,密度、导热系数、比热容以及混凝土的初始湿度,给出含有潜热函数的高温冲击模式,利用数值模拟程序分析了火灾高温下混凝土薄壁箱梁的温度分布,研究了荷载比、保护层厚度对ISO834标准火灾升温过程中混凝土薄壁箱梁变形的时变效应规律.研究表明:保护层厚度、荷载比和火灾时间对混凝土薄壁箱梁挠度影响较大;增加混凝土保护层厚度,可有效提高火灾下混凝土薄壁箱梁抵抗竖向变形的能力,并且保护层厚度与挠度之间保持非线性关系;挠度随荷载比的提高呈非线性增长趋势;火灾时间越长,挠度递增幅度越大.     

预应力连续钢-混组合梁抗火性能

为研究预应力连续钢-混组合梁在火灾高温下的耐火性能,以通用有限元程序ABAQUS为平台,提出了模拟预应力连续钢-混组合梁火灾高温下非线性全过程受力行为的有限元模型。通过分析组合梁跨中挠度、拉索张力以及跨中与中间支座处弯矩随温度变化的规律,研究了荷载比、预应力比、拉索相对截面面积、跨高比4个参数对预应力连续钢-混组合梁抗火性能的影响。结果表明:荷载比对预应力连续钢-混组合梁的抗火性能有负面影响,荷载比越大,升温初期阶段拉索张力随温度升高而降低的速率越慢,且临界温度越低,达到临界状态时的挠度也越小,预应力比的影响主要在火灾升温的初始阶段,在这一阶段,预应力比越大,挠度增长越慢;随着温度进一步升高,不同预应力比条件下挠度-温度曲线接近重合;具有不同拉索截面面积的预应力连续组合梁,其跨中弯矩随着温度升高先降低,在150℃时达到最低值,之后随着温度升高弯矩不断增大;中间支座处负弯矩升温初期先增大,达到峰值后,随温度升高而逐渐降低;临界状态下预应力连续钢-混组合梁中间支座弯矩逐渐减小;具有不同跨高比的预应力连续钢-混组合梁,在荷载比相同时,其临界温度相差较小,挠度值接近;对于跨高比大于10的预应力连续钢-混组合梁,可以忽略跨高比对其抗火性能的影响。