基于计算的钢结构抗火研究

分析了火灾对钢结构的危害,介绍了钢结构抗火设计的目的与其发展过程,重点讨论了钢结构基于计算的抗火研究,并对今后的工作进行了展望。     

浅谈钢结构抗火设计方法

随着经济的迅速发展,我国钢产量已名列世界第一,国家相应提出了“积极用钢”政策,因此钢结构在建筑中的应用也越来越广泛。但是钢结构抗火性能差,火灾教训也非常深刻,如“9.11”事件中世贸中心的迅速倒塌。由于问题的复杂,目前对钢结构的抗火设计仍没有形成统一的规范和标准,尤其我国起步较晚,钢结构抗火设计还存在着许多问题,本文针对抗火设计方法进行简单的分析,在比较中探讨合理的解决方法。     

钢结构建筑抗火设计研究

随着经济的迅速发展,钢结构在建筑中的应用也越来越广泛。但是钢结构抗火性能差,由于问题的复杂,目前对钢结构的抗火设计仍没有形成统一的规范和标准,尤其我国起步较晚,钢结构抗火设计还存在着许多问题,本文针对抗火设计方法进行研究分析,提出合理的解决方法。     

石化企业钢结构抗火设计方法的探讨

首先对石油化工企业的钢结构抗火设计现状和存在的问题进行了探讨,提出性能化设计理念,对性能化设计的具体步骤进行了阐述,并对石油化工企业的钢结构设计方法展望。     

浅谈钢结构抗火设计的研究与发展

文章指出了钢结构的优缺点,列举了钢结构抗火设计的主要方法,阐述了当前国内的研究现状,总结了目前存在的主要问题及发展趋势,最后对该领域的前景做了展望。     

钢结构整体抗火模型的建立与有限元分析

考虑火灾下工字型钢梁温度沿截面高度呈非线性分布,以某角楼实际三维框架为研究对象,利用ABAQUS对在静力载荷和温度载荷共同作用下的钢框架整体结构进行数值模拟与有限元分析．通过编写输入文件对工字型钢梁截面施加非线性温度载荷,探索了火灾下整体结构的力学特性和薄弱环节,分析了受火区域不同时整体结构在局部火灾作用下的应力分布规律及变形特点,更加真实地模拟出了钢结构整体的抗火性能,为更加合理的进行整体结构的抗火提供参考．     

支承形式对正放四角锥网架抗火性能的影响

采用ANSYS非线性有限元分析软件,建立正放四角锥网架在高大空间火灾作用下的热-结构耦合有限元计算模型.考虑边界不同支座弹簧刚度的影响,对该模型在火灾均匀温度场中的全过程反应进行数值模拟计算,同时研究均匀升温条件下杆件的内力变化情况.结果表明:采用不同支承形式时,无论法向弹簧刚度多大,周边支承形式的网架结构临界温度均最高,具有更优越的抗火性能;采用同种支承形式的正放四角锥网架时,其法向弹簧刚度越大,临界温度越高;在升温过程中,法向弹簧刚度大小对同一上弦杆内力影响较小;均匀升温条件下,各上弦杆件内力呈现出由角部向跨中先减小后逐渐增大,沿网架边界由角部向中间逐渐减小的变化趋势,随着弹簧刚度的增大,内力最大杆的位置由角部转移到跨中.     

火灾下的钢结构破坏原理及抗火设计

随着我国国民经济的快速发展,钢结构具有质量轻,空间大,抗震性能好,易施工,易维护等优点。现如今,钢结构被广泛应用于大跨度结构;重型工业厂房;多层和高层建筑;轻型钢结构等建筑中。可是钢结构不耐火,温度达到600度时,钢材就基本丧失了全部的强度和刚度。其耐火设计关键理论和防火措施等问题显得格外重要,进行钢结构抗火研究的意义主要有以下几方面:首先,减轻结构在火灾中的破坏,避免钢结构在火灾中局部倒塌造成人员疏散困难;其次,避免钢结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡和财产损失;再次,减少火灾过后钢结构的修复费用,缩短火灾后结构功能的恢复周期,减低间接经济损失。     

温室结构刚度及空间作用的简化计算方法

对温室结构进行了简化，建立了考虑结构空间作用的计算模型。在此基础上，提出了一种考虑结构空间作用的温室结构抗侧刚度以及空间作用系数的理论公式，利用该理论计算公式可以有效地进行温室结构位移及内力的分析。     

基于有限元的无保护层钢结构柱抗火分析

采用大型有限元软件M SC.M ARC.M en tat,对具有轴向约束且无保护层的钢结构柱进行了非线性有限元分析,研究了不同轴向约束对钢结构柱抗火能力的影响,给出了典型约束钢结构柱的有限元网格划分和受压后的变形图,以及不同温度、不同约束刚度情况下的荷载-位移曲线,有限元数值模拟结果与试验进行对比,吻合较好.研究表明:室温下,轴向约束有利于提高柱子的极限承载能力,但在高温情况下,约束刚度的大小对柱子的抗火承载力却具有负面影响,轴向约束的提高降低了高温下柱子的极限承载力,并降低了柱子的极限温度承载力;在温度达到450℃之前,由于钢材的弹性模量改变与构件热膨胀而导致承载力的降低,温度超过450℃之后,弹性模量与屈服极限的折减,以及构件热膨胀所导致的约束反力共同作用使得构件更早失效.     

大空间内着火位置对火灾增长的影响

以大空间展厅为例,利用火源辐射模型和烟气辐射模型并结合CFAST6.0区域模拟软件的计算结果,对比分析了大空间内不同着火位置下火灾增长的情况。研究结果表明仅考虑火源热辐射的情况下,展厅内着火位置越处于左右中间对称处,其火灾增长越快,热释放速率峰值也越大,达到热释放速率峰值的时间和火灾的持续时间越短,处于展厅中心位置时所有值达峰值。对火源热辐射和烟气辐射综合考虑时,到达热释放速率峰值时间与火灾持续时间的规律同仅考虑火源辐射模型时一致,但热释放速率峰值均有不同程度的提高。     

受限空间内小尺度油池火行为实验

为分析受限空间内燃油火灾特性,通过设计并搭建受限空间小尺度油池火行为实验平台,选择三种典型液体燃料(正庚烷、环己烷、航空煤油)开展燃烧试验,测量并分析火焰温度、烟气温度及燃料燃烧生成的烟气成分浓度等变化规律.结果 表明:油池火最高温度超过700℃,烟气温度变化曲线满足高斯分布;由温度变化曲线将燃烧分为发展—稳定—熄灭3个阶段,发展期占比均接近9.8％,且温度变化率最高达到22.0℃/s;在253 s左右,三种燃料燃烧过程中O2、CO2与CO浓度变化曲线到达最高点;在熄灭期,三种燃料火焰温度变化曲线满足反比例函数分布.可见,结合火羽流温度以及烟气成分浓度变化可判断火灾处于何种阶段以及燃烧物种类,从而为提高火灾预警准确率提供数据支撑.     

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。     

简支钢梁火灾行为的试验研究

为了考察火灾作用下简支钢梁的破坏特征及结构性能,对2根采用国产轧制H型钢的简支梁在不同荷载水平作用下的抗火性能进行了试验研究.采用水平燃油炉对试件进行升温,给出了采用轧制H型钢的简支梁在火灾作用下的变形和截面温度分布.试验结果表明:在火灾作用下,荷载对简支梁的挠度影响较小,对梁破坏时的温度影响较大.试验结果为H型钢梁火灾行为的理论研究提供了依据.     

火灾对钢筋力学性能的影响

简要阐明了火灾条件下,钢筋的微观结构、屈服强度、弹性模量等主要力学性能指标的变化情况,分析了火灾对建筑中最常见的预应力钢筋力学性能的影响,指出了预应力钢筋和一般钢筋在受火后的力学性能变化差异,分析了不同厚度的混凝土保护层对钢筋力学性能的保护效果.     

夏季大空间热空气层对火灾烟流的影响

采用全尺寸实验和数值模拟两种方法对夏季大空间热空气层对火灾烟流的影响进行了研究.应用FDS4.07场模拟程序计算得到的夏季大空间火灾顶棚附近的温度变化与全尺寸的实验测得的结果符合得比较好.计算结果表明,在夏季大空间火灾中,顶棚附近温度的变化规律是先下降,热空气层消失时达到最低,之后再上升;此最低温度随着火源功率和热空气层厚度的增加而增加;热空气层消失的时间随火源功率的增加而减少;当火源功率比较大时,热空气层厚度的增加对热空气层消失的时间影响不是很大;当火源功率比较小时,热空气层消失的时间随热空气层厚度的增加而增加.对于大空间火灾的早期探测,推荐使用非接触式的火灾探测系统.     

升降温条件对约束钢梁抗火性能的影响

采用有限元方法对约束钢梁的火灾性能进行模拟,并与试验结果进行比较,在验证仿真模型正确的基础上,研究不同升降温条件下钢梁的火灾响应,分析各参数对钢梁抗火性能的影响。结果表明:升温最高温度Tmax和形状系数Sc越大,升温速率越大,梁的耐火时间越短,变形越大;到达最高温度所用时间Tmax越大,升温越慢,且受火时间越长,变形越大,但相应的耐火时间也增长。短热模型较长冷模型耐火时间长,变形小,对抗火有利。降温段约束梁的挠度均有恢复,但升温时变形越大,降温后的残余变形也越大.     

火灾下钢梁温度场模拟及实验验证

对钢结构进行抗火设计时,需要对钢构件进行温升计算.对于重型钢构件或构件不均匀受火作用以及构件表面保护层不同时,其截面温度分布很不均匀,温差将对构件截面内的应力场产生很大影响,因而也就影响到构件和这个结构在火灾下的反应.由于构件截面边界形状复杂,且火灾升温函数任意     

钢梁火灾下响应的虚拟仿真

根据火灾实验数据对结构的连续性、荷载大小及不同的连接结构对梁抗火性能的影响,进行了仿真计算,发现数值模拟得出的梁挠度-温度响应曲线与实验结果有极好的相关性,数值模拟能准确地预测结构出现急速变形的温度及时间.文中分析了连接结构的类型、轴向约束的强弱及载荷大小对结构抗火性能的影响.该研究诣在帮助了解结构的连续性及不同的连接形式对梁火灾下行为的影响并为开发简单,理性的设计方法提供研究基础.