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.     

桥面火灾条件下斜拉桥拉索及全桥结构的安全性能

针对日益受到关注的桥梁火灾风险问题,以一座大跨斜拉桥为研究对象,进行性能化抗火分析.首先进行火灾危险源分析,设置了3种桥面火灾场景;通过FDS模拟获得了不同场景下的火场温度,并与ISO834升温曲线进行比较;分别通过FDS火灾场和ISO834升温曲线得到了两种情况下的拉索温度,并结合屈服强度变化规律进行了拉索失效分析;最后对全桥安全性能进行了评估.结果表明:基于FDS模拟的火场温度总体上低于ISO834曲线温度,在最不利条件下最多可致3根拉索断裂;火灾对斜拉桥整体安全性能的影响有限,但会削弱桥梁的使用功能,应采取必要的防范措施以减小火灾损失.     

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.     

薄壁U型钢混凝土梁火灾-结构耦合的ANSYS分析

采用在空间上运用有限单元法与在时间上运用有限差分法相结合的方法,建立组合梁的火-结构耦合ANSYS分析模型;编制组合梁ANSYS热分析程序和全过程受火非线性分析程序,对组合梁在国际标准ISO834规定的标准火灾的温度场和挠度-时间曲线进行分析和计算.数值计算结果表明:在国际标准ISO834规定的标准火灾下,试验梁测点的...     

端部约束部分嵌入式钢-混凝土组合梁抗火性能试验

为研究有约束情况下钢-混凝土组合梁的抗火性能,以荷载比为主要参变量,开展了 2个部分嵌入式钢-混凝土组合梁在ISO 834标准升温曲线下的足尺火灾试验.借助大型结构抗火试验平台模拟火灾环境,并通过预埋热电偶测试组合梁上部混凝土板内的温度场分布;利用布设在板面的位移计测量火灾下组合梁的竖向变形;通过专门设计的装置,实现对...     

钢筋混凝土框架节点抗火性能试验研究及理论分析

利用大型模拟火灾实验炉进行了钢筋混凝土足尺框架节点在恒定加载和ISO834标准升温耦合作用下的抗火性能试验,分析了试验节点的温度场分布规律、变形特点、混凝土爆裂现象、耐火极限及破坏特征.试验结果显示,所试验节点都是由于节点梁的加载端位移达到最大挠度而达到耐火极限,梁端荷载比对节点的耐火极限有明显影响;接近耐火极限时,节点梁端在恒定竖向荷载作用下的竖向位移增长明显加快,并在较短时间内失去了承载能力,破坏带有一定的突然性.基于ABAQUS软件平台,开发了适用于钢筋混凝土框架节点火灾反应分析的梁单元用户材料模型及子程序,并对试验节点进行了全过程模拟分析,分析结果与试验结果吻合较好.     

顶棚烟道对隧道火灾烟流蔓延作用的数值分析

为了解发生火灾后,顶棚设有烟道的隧道结构对人员逃生是否有利,采用火灾动力学数值模拟软件FDS,对热释放速率为20MW的中等火灾规模进行模拟,着重分析了烟道设置以及烟道口处排风风速变化时的烟气蔓延和温度分布情况.结果表明:在现有的隧道顶部加烟道将提高整个隧道顶部的烟气浓度,内侧烟气浓度从40mg/m3提高到120mg/m3,外侧提高到100mg/m3;烟道口处设排风可加速烟气进入烟道,使得离火灾发生位置最近的两个烟道口外侧的烟气浓度和温度大大降低,提高了人员逃生的安全系数;当排风风速为2.5m/s时,300s后排风口外侧的CO含量开始趋于常数且低于13×10-6(体积分数),该浓度下人员可顺利逃生,同时可使得火灾发生时消防人员可从上、下游两个方向对火灾进行扑救;该种隧道结构下发生火灾时必须保证只有2个烟道口处于开启状态.     

标准火灾下配筋圆钢管混凝土柱温度场试验研究

为研究ISO 834标准火灾升降温作用下配筋圆钢管混凝土柱的温度场分布规律,首先进行了2根配筋圆钢管混凝土柱的温度场试验,升温时间分别为30 min和60 min,进而在确定材料参数,分析传热方程的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立模型,模型结果与试验结果吻合较好.结果表明:沿柱纵向位置不同的测点温度发展规律一致,试件轴向温度场均匀分布;试件内部不同位置存在温度梯度,越靠近截面中心处,所能达到的最高温度越低,达到最高温度的时间越迟缓,降温也越缓慢;在升温过程中,混凝土材料温度达100℃时,形成一个温度平台,配筋对混凝土温度分布影响可以忽略.     

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.     

薄壁槽型钢-混凝土梁在标准火灾下的温升特性

对薄壁槽型钢-混凝土组合梁在标准火灾下的温度响应及耐火性能进行研究.采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS热分析程序,对薄壁槽型钢-混凝土构件在火灾下的温度场进行分析与计算.结果表明,在ISO-834标准升温曲线下,组合梁截面的温度分布是不均匀的,单纯地用给定临界温度来判定构件是否失效不合理.此外,填充混凝土能有效改善钢构件的温度场变化规律,在升温前期,填充混凝土的薄壁槽型钢-混凝土组合梁的温度显著低于未填充的型钢梁,降幅达30%~60%.     

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.     

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。     

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。     

顶棚烟道对隧道火灾烟流场和温度场影响的分析

基于一种顶棚设有烟道的新型隧道结构,采用FDS软件,对该隧道内发生火灾时的烟气蔓延和温度分布进行模拟分析,并与常规隧道进行比较。结果表明：烟道的设置降低了人员逃生的相对长度,但使得位于火源点2端烟道口内外侧的隧道顶部烟气浓度均有所增高;烟道口处设有一定的排风时,可加速烟气进入烟道从而排出的速度,使得2端烟道口外侧的烟气浓度和温度大大降低,提高了人员逃生的安全系数,也使得火灾发生时消防人员可从上、下游两个方向对火灾进行扑救。该种隧道结构为人员逃生、消防人员对火灾的扑救、隧道结构的维护提供了一种新的方式。     

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。     

高温后密肋复合墙体框格单元剩余承载力

密肋复合墙体由钢筋混凝土框格与内嵌的轻质加气混凝土砌块组成,是密肋复合墙结构的主要受力构件,其框格单元是最基本的受力单元.根据密肋复合墙体各材料高温后的力学性能,对框格单元进行数值模拟.按照ISO834国际标准升温曲线,得到在不同火灾加载方案下的温度场云图.以此为基础,对框格单元在竖向荷载下的承载力进行数值模拟分析,比较了单面受火和双面受火后的力学性能.结果表明,随着受火时间的增加,剩余承载力下降的速度是先快后慢;在施加竖向位移荷载时,一面受火的框格单元更易出现面外位移,因此比双面受火的框格单元先达到极限荷载.     

大跨度空间网壳结构抗火反应分析

以凯威特单层球面网壳为实例,采用ISO-834标准温度-时间关系曲线模拟火灾,用ANSYS软件中的瞬态热分析进行温度场的分布计算和力学分析,模拟了火灾发生在结构的不同部位对结构变形的影响以及结构的破坏形式.通过对计算数据的对比分析得出网壳结构在局部火灾作用下的临界温度和耐火时间以及各位置最大变形特性,利用ANSYS单元生死的功能对该结构的失稳破坏机理进行分析,从一定程度上反应出空间网壳结构的整体抗火性能.     

标准火灾下U型钢-混凝土梁的耐火性能

为了研究U型钢-混凝土组合梁的耐火性能,文章采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS编制热分析程序,对组合梁在ISO-834标准火灾下的温度场进行了分析与计算。结果表明,在ISO-834标准火灾下,填充混凝土使U型钢-混凝土组合梁截面的温度分布不均匀,该梁的耐火特性显著优于普通型钢-混凝土组合梁,单纯地用给定临界温度来判定组合梁是否达到耐火极限不合理。此外,填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,U型钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15%~60%,温升延时可达约15 min。     

木结构古建筑室内火灾发展的数值分析

消防安全是所有类型建筑中的重要问题,特别是在木结构古建筑中。在本文中,室内火灾实验是在一个高火灾荷载的木结构古建筑的全尺寸模型中进行,并通过烟气和火焰蔓延来探索火灾的增长及蔓延方式。使用FDS软件模拟不同火灾情景下火灾的发生发展过程,以研究火灾发展的影响因素,并预测木结构古建筑的火灾特征。结果表明,火源在大殿的角落和屋顶处易引起火灾蔓延;大殿内火灾荷载越多,火灾蔓延速度越快;木材的热解温度越低,发生轰燃时间越短。