1 ∶ 4缩尺厂房中功率火灾试验研究

为研究局部火灾作用下大空间建筑内火源、热烟气以及室内空间和钢构件温度场的发展及分布规律,设计建造了一个缩尺比为1∶4的门式刚架厂房模型,在模型内开展相当于中功率火灾的小规模火灾试验.试验过程中测量了模型内部各关键位置的热空气和钢构件温度,并采用《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249-2017)给出的钢构件温度场计算公式对试验中构件升降温进行计算对比.结果表明:热空气温度峰值从火源正上方向四周逐渐减小,沿跨度方向两侧温度分布基本对称.局部火灾下建筑内部空间明显可分为热烟气层高温区、次高温区和热烟气层以下区域.钢构件温度沿截面方向分布较均匀,其温度变化明显滞后于热空气.对于处在热烟气层以下的钢构件,其温度场计算需要额外考虑火焰的直接辐射作用.     

基于FDS模拟的充气膜内部火灾温度场分析

基于火灾燃烧模型理论,利用计算流体动力学软件FDS研究了典型充气膜结构的火灾温度场的分布特性,重点分析了单一火源在不同位置的膜面温度场分布.数值模拟结果表明,距离膜面较远的火源条件下,其空间纵向温度分布较均匀,而环向温度分布梯度相对较大;距离膜面较近的火源条件下,纵向和环向温度分布梯度都相对较小,温度相对较为均匀.这为人员安全疏散和进一步的结构力学性能研究提供了参考依据.     

基于FDS模拟的充气膜结构火灾温度场特性研究

充气膜结构是近些年发展起来的新型大空间结构,得到了广泛地应用。但在防火方面的研究缺相当缺乏。本文基于火灾燃烧模型理论,利用计算流体动力学软件FDS对典型充气膜结构的火灾温度场的分布特性进行了研究,重点分析了单一火源在不同位置的膜面温度场分布。数值模拟结果表明,距离膜面较远的火源条件下,其空间纵向温度分布较均匀,而环向温度分布梯度却比较悬殊;距离膜面较近的火源条件下,纵向和环向温度分布梯度都相对较小,温度相对较为均匀。本文的研究可为人员安全疏散和进一步的结构力学性能研究提供参考依据。     

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.     

移动火源隧道火灾拱顶温度变化规律数值模拟

 为研究动态火源对隧道拱顶温度场分布影响规律,针对隧道中动态火源火灾,在自然通风条件下,静止、40km/h及60km/h等速度的20MW火源在隧道内穿行的火灾过程,采用火灾动力学模拟器Fire Dynamic Simulator(FDS)进行火灾场景的模拟与计算.重点对火源在隧道行进过程中拱顶沿纵向温度分布、温度峰值变化规律及影响因素进行分析.研究结果表明,通风是影响隧道火灾温度的主要因素,移动火源在一定程度上打破了隧道内由于顶棚射流引起的热烟气与冷空气的动态循环机制,活塞风尾段涡流会引起隧道流场变化,一定程度阻碍了燃烧释放热量向火源行进逆向的扩散,并将高温气流带向其运动方向.     

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。     

无限大板焊接温度场解析解的实例分析

根据数形结合的思想,实例分析了移动线热源作用下的无限大板焊接温度场解析解,准确绘制了无限大板温度场的三维分布图形和二维分布的温度曲线和等温线.结果发现:沿x方向变化的温度曲线均先升高再降低,并且降低速度显著快于上升速度,温度最高点的位置随着y值的增大缓慢向左移动.沿y方向变化的温度曲线均关于直线y=0 mm左右对称,当y=0 mm时具有最大值.单个等温线类似椭圆状,温度场上下对称,前端线条密集,温度梯度大,后端线条稀疏,温度梯度小.同时计算了实例情况下焊接熔池的表面形状和尺寸,熔池类似椭圆状,长30.16 mm,宽22.13 mm.     

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.     

深水半潜式支持平台火灾烟气蔓延规律

基于火灾动力学模拟软件中的数值计算方法对深水半潜式支持平台的火灾烟气蔓延规律开展研究.根据火灾布置最不利原则设计4类火灾工况;研究烟气沿楼梯向上蔓延能力的分布规律及其对温度、能见度、CO体积分数的极值在各层甲板楼梯口分布的影响;分析火源层高度对烟气充满甲板所需时间的分布规律及烟气蔓延路径的影响.研究结果表明:随着楼梯与火源之间距离的减小,烟气沿楼梯向上蔓延的能力增强;火源层以上甲板的最高温度及能见度达到临界条件的最短时间、最高CO体积分数均位于烟气向上蔓延能力强的楼梯口;随着火源层高度的增加,烟气充满火源层以上甲板所需时间有所减少,充满火源层以下甲板所需时间有所增加.研究结果可为火灾中人员的疏散路径规划及深水半潜式支持平台的消防设计优化提供一定的理论指导依据.     

综合管廊电缆桥架火灾的温度场分布特性

针对综合管廊电缆火灾的危害性,建立截面尺寸为1:1的管廊模型,重点研究电缆火灾造成的受限空间温度场分布.结果表明:烟气的沉降作用可将垂直温度场划分为顶棚射流层、中间热烟气过渡层和底部冷空气层;封堵端口会加快顶棚烟气温度的纵向衰减速度,并分别提出封堵侧和贯通侧的顶棚温度纵向衰减预测模型;对于火源功率较小的电缆桥架火灾,火...     

中小学校园消防安全现状与对策

本文重点分析了中小学校园消防安全现状,并通过具体案例研究了中小学校园火灾的特点,在此基础上,从消防安全管理制度、宣传教育培训、消防基础设施建设、灭火演练及师范学校创建等方面提出了相应的对策与建议。     

建筑外覆面系统防火性能评价

 在分析建筑外覆面系统火灾蔓延特点的基础上,重点从外覆面系统建筑材料及构件燃烧性能的评价和外覆面系统整体防火性能的评价两个方面综合比较了欧美建筑外覆面系统防火性能评价体系,根据外覆面系统建筑材料及构件的燃烧性能以及是否存在空腔结构,提出了外覆面系统防火性能分级方法及其相应的防火性能评价要求,建议在进一步发展完善我国建筑材料及构件的不燃-难燃-可燃量化评价方法的同时,尽快建立外覆面系统整体防火性能评价方法以及确保测试构件与建筑外覆面系统实际状况相一致的机制,并把外覆面系统的防火性能要求纳入到建筑整体消防安全问题中统筹考虑,在国家强制性通用消防技术规范中明确提出外覆面系统防火性能的原则性要求及具体测试标准,进一步强化建筑行业自身在确保建筑外覆面系统防火性能方面的责任。     

玻璃幕墙建筑的火灾特性

为分析幕墙建筑的火灾危险性,借助FDS模拟软件,建立全尺寸双层玻璃幕墙建筑模型,并对低楼层火灾特性进行数值模拟。结果表明:发生火灾时,双层幕墙间温度近似"V"字型分布;随着幕墙间距的增加,幕墙侧面高温点增多,玻璃随机炸裂的危险性急剧增大;随着时间的增加,起火房间的高温点向幕墙转移;起火房间内的CO浓度较高,且高层房间的CO浓度高于低层房间。该结果为幕墙建筑火灾防范提供了理论依据。     

城市隧道混凝土结构耐久性及其增强技术的实践与思考

结合近几年来开展的几条城市隧道高性能混凝土应用研究,根据试验研究成果及工程实践经验,分析了城市隧道的关键耐久性问题,浅埋隧道受环境温湿度变化的影响较大,结构因季节性热胀冷缩沿纵向位移可导致混凝土产生拉应力,从而降低抗环境介质渗透的能力;介绍了提高体积稳定性、抗火性能、自防水性能和施工质量的措施,在优化粗细集料颗粒堆积密度的前提下,降低胶凝材料和水用量、使用具有减缩作用的高效减水剂,可改善体积稳定性、抗裂性、防水性能和耐久性.采用聚丙烯纤维可提高隧道混凝土抗火灾爆裂的能力,但受火后混凝土的抗渗透性降低,须采取修复措施;阐述了承载耐久性与防水耐久性的关系,提出应加强隧道超长结构热胀冷缩体积稳定性、防水耐久性、考虑施工保护层厚度及渗透性分布的承载耐久性评估方法,以及在原材料受限条件下高性能隧道混凝土配制技术的研究.     

火灾中不同材料对钢筋混凝土构件受力性能的影响

从材料性能的角度分析，不同材料对钢筋混凝土结构构件的影响机理与影响程度是不同的。钢材的影响主要与力学性能有关；混凝土的影响既与力学性能有关，也与热工性能有关；不可燃的面层主要与热工性能有关，而可燃面层可以加大火灾的危险性，不可燃面层是一层阻隔层，火灾时可以阻止热量向混凝土内部传播，因此混凝土构件火灾时的安全可靠性可以得到改善和提高。对于可以燃烧的装饰层而言，则会产生热荷载，结构构件在火灾时的损伤或破坏会加重。本利用欧洲规范采用的火灾时室内的温度－时间曲线、高温作用下混凝土和钢筋的本构关系，以及钢筋混凝土结构非线性分析方法，研究和分析了火灾时钢筋混凝土构件载面的温度分布和承载能力，并根据分析计算结果讨论了影响混凝土结构火灾安全性的因素。     

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.     

火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能的计算分析

为研究火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能,对已有试验结果进行理论分析,并提出计算火灾后构件力学性能简化算法.试验设置1根受火梁及1根对比梁,依据ISO834标准升温曲线对受火梁开展升温试验,静置后,进行受火梁及对比梁常温静载试验.根据实际升温曲线,利用有限元软件对受火梁温度场进行计算,结合常温及火灾损伤后材料力学性能,分析出截面弯矩曲率关系,得出截面抗弯刚度,继而计算出受火连续梁及对比连续梁的弯矩及位移.结果表明:当截面受压区直接受火时,刚度及承载力都有较大降低,其中刚度下降更加显著,当截面受拉区直接受火时,刚度及承载力变化较小;受火梁与对比梁相比,梁弯矩明显更多地向加载点分配,最终导致梁出铰顺序不同,随着荷载增加,常温梁中支座先屈服,继而加载点截面屈服,而受火梁加载点截面先于中支座截面屈服.计算结果与试验结果吻合较好,同时对比分析了传统的计算连续梁的方法,表明其不适用于预测火灾后损伤的连续梁力学性能.     

高温下/后钢筋混凝土梁抗冲击性能:细观分析

冲击(或爆炸)和火灾往往伴随发生并威胁工程结构的使用安全,高温和高应变率对钢筋混凝土(RC)结构的耦合作用引起了研究者的广泛关注.本文结合混凝土细观非均质性,考虑钢筋和混凝土材料的应变率增强效应及高温退化效应,同时考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移行为,建立了RC梁抗火抗冲击性能研究的细观数值模型.与室温下落锤冲击试验结果对比,验证了细观数值模型的合理性,进而比较分析了高温下及高温后RC梁在冲击作用下的力学响应,揭示了RC梁的破坏模式与失效机制.结果表明:建立的细观数值模型能够有效描述RC梁在高温和冲击荷载联合作用下的破坏模式;相同受火时间,高温下RC梁表现出比高温后RC梁更为严重的破坏,且随受火时间的增加,差异逐渐扩大.     

高层建筑凹型结构外立面火灾竖向蔓延规律数值模拟

在城镇化发展进程中,高层建筑作为容积率大,容纳人数多的一种独特建筑结构形式得到了迅猛发展,与此同时也给城市带来了较高的建筑火灾风险,尤其是随着凹型外立面墙体结构的设计使用,使得建筑火灾蔓延特性受到了显著影响。通过FDS数值模拟技术对不同凹型外立面结构因子影响下的火场温度、火焰前锋蔓延速率进行了研究,结果表明凹型外立面火灾竖向蔓延烟囱效应较明显;火焰前锋高度随时间符合指数函数变化关系,且当凹型外立面结构因子?=0.5时,火灾前锋竖向蔓延速率达到最大。据此提出防火挑檐的合理设置可有效阻止火势沿凹型外立面向高处相邻住户蔓延。研究成果对凹型外立面建筑结构消防安全优化设计具有一定的理论指导意义。