热-力耦合作用对建筑结构火灾安全的影响

结构火灾安全可以避免建筑物在火灾中坍塌.火灾热环境影响建筑结构的响应,传统的标准火灾环境有一定的局限性,不能完全适用于若干真实火灾场景.因此有必要开展真实火灾环境下建筑结构的热-力响应特性研究,发展有效的工程工具来设计经济安全的结构.近来,性能化的结构火灾安全设计评估方法和相应技术发展迅速,该文给出一种综合考虑热-力耦合作用的结构火灾安全设计评估方法及相应流程.首先通过建筑和燃料特性来预测可能的火灾热环境特性,然后再分析构件和结构的热响应和力学响应特性来判定结构是否会失效,以及可以降低热和力影响的预防失效措施.该文通过案例分析将该方法应用于某中庭钢结构屋顶的防火保护,得到经济合理的防火涂层设计,满足有关防火规范的安全等价要求.     

化工装置火灾冷却强度判断方法探讨

冷却保护是化工装置火灾中防止坍塌、爆炸的有效手段之一。灭火战斗实践中,要准确控制冷却强度的难度非常大。本文从灭火救援相关基本理论出发,结合大量化工装置火灾扑救实战案例和常见冷却强度判断方法,对如何合理应用冷却强度判断方法进行论述。     

钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价

综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的参数,利用数值模拟程序分析火灾高温下钢筋混凝土矩形截面梁的温度分布,研究了保护层厚度对ISO 834标准火灾升温过程中钢筋混凝土矩形截面梁极限弯矩的时变效应规律.在此基础上,建立了钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价模型,提供了相应的计算方法,分析了不同温度下钢筋和混凝土的弹性模量损伤度及强度损伤度,对火灾高温下不同时间钢筋混凝土梁桥安全指标实现了量化归类.结果表明:在火灾高温作用下混凝土弹性模量比其相应强度更容易损伤,损伤速率大;火灾时间和保护层厚度对钢筋混凝土梁极限弯矩和安全等级有较大影响;火灾高温超过40 min后,梁的极限弯矩直线下降,100 min左右,可达严重损伤;钢筋混凝土梁极限弯矩随保护层厚度的增加呈线性递增关系;提高混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁的耐火极限和安全等级.     

建筑火灾坍塌危险性的评估

从建筑火灾坍塌事故的特点及危害入手,分析了火灾中影响建筑坍塌时间的因素,阐述了建筑火灾坍塌前兆,得出建筑火灾坍塌危险性评估结论:在无爆炸发生情况下,无先天质量问题的钢筋混凝土建筑,一般在火灾持续5、6个小时内不会发生整体坍塌;我国北方建筑比南方的建筑普遍抗烧塌性相对较强;按防震设计的震区建筑,其火灾抗塌性明显增强;灭火冷却及时的建筑不易坍塌。     

核电厂动态灭火失效概率模型研究

为量化火灾模型输入参数的不确定性对灭火失效概率的影响,推动我国核电厂动态火灾概率安全评估(PSA)的开展,基于火灾区域模型、蒙特卡罗模拟与马尔科夫链,建立核电厂动态灭火失效概率计算方法。将此方法应用于某压水堆核电厂一电子配电柜间,结合美国核管理委员会(NRC)修正后的消防队响应计算模型,得到房间内部电缆的灭火失效概率的累积时间分布。结果表明,通过考虑火灾模型输入参数的不确定性得到的灭火失效概率的累积时间分布为指数分布。     

火灾自动报警系统可靠性研究

火灾自动报警系统主要包括火灾探测器、火灾报警控制器、减灾装置和灭火装置4部分,从这4部分分析了其工作原理。在此基础上,着重分析了误报、漏报概率较高的火灾探测系统(包括火灾探测器和火灾报警控制器)在使用过程中可能出现的失效状态。其失效的根本原因是在探测器的设计、选型与安装中出现的问题以及各类控制器和控制软件出现的问题。火灾自动报警系统在设计、安装和使用过程中出现的一些问题可能导致整个系统失效,主要包括硬件故障、系统失误和管理缺陷3类。因此,从火灾自动报警系统设计、软硬件产品质量、选型与安装及维护保养等方面给出了提高火灾自动报警系统可靠性的措施。最后应用系统安全及可靠性理论建立了包括电源系统、触发装置、报警控制装置和警报装置4个指标的火灾自动报警系统可靠度计算模型。     

火灾扑救中的危险及预防

美国防火协会的一份抽样调查显示,在灭火抢险中,导致每百名灭火人员死亡的原因分别是:吸入有毒气体占19%,建筑物倒塌占13%,爆炸占10%,触电占2%……2003年11月3日,湖南省衡阳市珠晖区一栋8层商住楼发生特大火灾,20名消防官兵在灭火抢险中不幸被突然坍塌的楼层掩埋,以身殉职,成为建国以来一次牺牲消防公职人员最多的一起火灾。那么,在火灾扑救中存在哪些危险,灭火人员又将如何预防呢?火灾现场存在高温、烟气、物体坠落、建筑倒塌等危险。同时,火灾现场喧嚣混乱,灭火人员在这种环境下执行灭火抢险任务,本身就带有很大的危险性。因此,灭火人员在…     

细水雾特性参数对锂离子电池组灭火效果的影响

为了研究不同特性参数细水雾抑制锂电池组火灾的效果,利用计算流体动力学模型和火灾动力学模拟程序对不同特性参数细水雾灭火效果进行了分析.采用锥形量热仪在50 kW/m2辐射热条件下和100％荷电状态下对锂离子电池进行燃烧试验,获取其热释放速率曲线,热释放速率峰值为9.23 kW.在试验获得参数的基础上以6个18650型锂电池建立火灾模型,利用火灾场模拟软件FDS对不同雾滴直径、雾动量和喷雾强度的细水雾的灭火过程进行数值模拟.定量分析熄灭锂离子电池火的细水雾相对适宜的条件范围,研究细水雾的特性参数对锂离子电池组灭火效果的影响.结果表明:在细水雾雾滴动能不变的情况下,随细水雾雾滴粒径增大,灭火时间先波动后增大,在细水雾粒径为50～100μm的工况下系统抑制锂离子电池火效果最佳,灭火时间最短,耗水量最少;水雾动量变化在一定区间内增加对锂电池灭火有增强效果,当雾滴速度足以穿越火焰时,增加水雾动量对灭火效果影响不大;在规定范围内喷雾强度越大,细水雾能够气化的数量越多,吸收的热量也越多,越有利于灭锂离子电池火灾.     

建筑火灾扑救中侦察环节安全问题研究

为避免消防救援人员在建筑火灾扑救中的伤亡,进一步整合综合救援战斗力,本文结合当前灭火救援工作的实际,阐述了消防救援人员在灭火救援中加强安全工作的重要性。从灭火战斗行动的侦察环节入手,分析了当前扑救建筑火灾过程中消防救援人员安全工作中导致伤亡的常见情况,针对容易出现的具体问题,提出了加强灭火救援安全工作的基本措施,以便有效地促进指战员在扑救建筑火灾的过程中做好安全工作,使之更好地胜任各种职责,减少救援人员的伤亡。     

罐壁式泡沫系统扑救密封圈火灾试验研究

针对大型浮顶罐罐壁式泡沫灭火系统的特点及不足,依据相关规范要求设计了30m长的密封圈火灾模拟试验油槽,开展了3％型水成膜泡沫液和6％型氟蛋白泡沫液灭火试验。现场测定了泡沫的发泡倍数和析液时间,符合规范要求但略低于检测值。试验过程测定了泡沫在泡沫堰板内的流动速度和燃烧油面的蔓延速度,观察了不同的泡沫液和泡沫混合液供给强度下的油槽火灭火状况,对比分析了油槽火周邻的温度和热流分布。在此基础上,评估分析了罐壁式泡沫系统扑救密封圈火灾的有效性。试验结果表明：有效的泡沫混合液供给强度下,3％型水成膜泡沫和6％型氟蛋白泡沫可控密封圈火灾,甚至灭火;泡沫类型和泡沫混合液供给强度对油槽火全淹没时间的影响较大。该试验对大型浮顶罐低液位密封圈火灾扑救具有积极的指导意义和工程应用价值。     

采空区注超临界CO2防灭火试验研究

为研究超临界CO₂注入采空区防灭火的规律,自主研制了产生超临界CO₂和模拟采空区遗煤自燃升温试验系统,得到了不同温压条件下超临界CO₂注入采空区前后不同监测点的温度、O₂和CO浓度变化数据信息。试验结果表明:注入采空区的超临界CO₂发生相变,有序结构急速失序,大量吸收热量,采空区内的煤体、空气温度随时间呈线性快速下降规律,其降温能力是气态N₂的10倍;超临界CO₂在自燃发火煤体中的强渗透扩散特性,使自燃煤体快速惰化,防灭火效率高;停止注入后,小范围回温符合反二次函数特征;高压力超临界CO₂相对于低压条件,防灭火性能更佳;超临界CO₂是1种降温降氧能力显著,且输送性能优良的采空区新型防灭火材料,超临界CO₂防灭火效果优于气态N₂。     

采空区进风侧煤柱着火进行灭火时防止瓦斯爆炸的对策

以孔庄煤矿Ⅲ2水采区7337回风联络巷自然发火情况及处理经过为例,笔者介绍了在采空区瓦斯浓度较高情况下,采空区进风煤柱着火的火势发展情况与着火特点。分析灭火过程发生瓦斯爆炸的可能性;提出了在安全前提下灭火步骤、灭火措施和注意事项;总结了灭火工作中成功的经验与失败的教训,即在扑灭井下火灾过程中,必须做到:遵循“安全第一”的方针,制定科学、具体的灭火方案和正确、有效的灭火措施,要时刻加强火区气体成分检测,得出了防止瓦斯爆炸等一系列具有指导性的原则和行之有效的措施。     

火场环境下无人机热损伤试验研究

无人机(UAV)逐步运用于火场搜救,但同时会因为火场高温而受损,为提高UAV在火场救援中的工作效率,设计一种UAV动态测试平台,开展UAV火场飞行试验;分析火场环境下UAV的热损伤情况,探究UAV在火场中的机身温度变化特征和UAV火场飞行安全距离。结果表明:火场热辐射和热对流是造成UAV热损伤的主要形式;旋翼产生的气流场对UAV机身有较为明显的降温效应,在试验工况下最高有25.6℃的降温作用;UAV与火焰的相对距离减少会增加机身的热损伤,在距离0.8 m处开始发生不可逆热损坏,试验工况下UAV火场飞行的安全距离为0.8 m。     

细水雾熄灭障碍物火的实验研究和数值模拟

为了研究细水雾灭火系统在网状和条状障碍物阻隔条件下的灭火效果,采用全尺寸试验研究和数值模拟的方法研究了障碍物的形状,位置,遮挡面积以及细水雾工作压力对灭火效果的影响.实验结果表明:提高压力有助于快速有效地熄灭障碍物火;障碍物的位置是影响灭火效果的重要因素,近距离的覆盖使细水雾难以进入火区.障碍物下出现局部高温区,余火难以扑灭,灭火时间至少需要56 s;而障碍物距离火源较远时,卷吸作用下细水雾仍能均匀的进入火区,发挥冷却作用,灭火时间在18 s以内;网状障碍物的遮挡面积,对灭火效果影响不大;相同遮挡面积条件下,条状障碍物火比较难熄灭.     

地震荷载下镂空高层建筑坍塌形式及时间分析

为研究镂空建筑在不同峰值加速度的地震荷载影响下产生的坍塌破坏,分析坍塌破坏形式和经历时间,基于颗粒流理论构建模型并实施模拟。所研究建筑结构形式为两栋具有核心筒建筑组成的镂空构造,上部有连桥相连。地震荷载是峰值加速度a分别为0.2g、0.3g和0.4g的正弦波,作用时间为9 s。对该建筑施加上述3种地震荷载,模拟分析坍塌形式和历经时间。结果表明,a=0.2g时,建筑开始坐塌、倾斜及连桥破坏的时间接近,整个坍塌过程经历时间最长。相比之下a=0.3g,a=0.4g时,坐塌要快得多、倾倒和连桥破坏延迟。比较a=0.3g和a=0.4g,后者的连桥破坏、倾斜和坐塌经历时间明显小于前者。因此峰值加速度的线性增加,不一定导致各参量时间同向线性变化,这可能是建筑结构形式造成的。     

基于IREQ模型的低温环境应急救援人员冷应激分析

为更准确地评估低温环境下应急救援人员冷应激情况,避免低温伤害。基于国家推荐性标准GB/T 24254—2009确定我国低温冰冻灾害应急救援作业工作服装热阻（IREQ）,并引入适合描述我国低温冰冻灾害高强度应急救援作业的人体储热率参数,对所需IREQ模型进行改进。计算分析低温冰冻灾害环境下应急救援人员的修正服装热阻、有限持续暴露时间、体温恢复时间。研究结果表明:改进的 IREQ模型计算所得的基本需求热阻更高,有限持续暴露时间更低,对提高低温环境下的应急救援作业安全性具有一定的科学意义。     

深水钻井热交换作用下的井壁稳定性分析

为了研究深水钻井过程中热交换作用对井壁稳定性的影响规律,建立了钻井液、钻柱、海水和地层各介质热交换作用下温度控制方程,根据热弹性理论计算温度变化对井周应力的影响,结合地层强度准则与拉伸破坏准则确定深水井壁坍塌压力与破裂压力。结果表明,钻井液循环对地层产生的冷却作用能够降低井壁坍塌压力与破裂压力,但破裂压力降低幅度比坍塌压力的降低幅度稍大。因此,尽管钻井液的冷却效果能够抑制井壁坍塌,但应注意低温度的井壁更易形成诱导缝,甚至引发地层漏失。计算结果对深水钻井作业具有指导意义。     

地铁车站站台火灾中人员的安全疏散

笔者分析了地铁站台火灾时火灾临界危险条件和人员的疏散特点 ,提出了地铁站台火灾中人员安全疏散模型 ,确定了人员安全疏散时间的计算方法 ;应用火灾模拟软件SMARTFIRE4 .0对某地铁站站台着火时温度和烟气浓度的发展进行了数值模拟研究 ,据此得到人员安全疏散可利用的时间 ;结合该站台着火时的具体情况 ,计算了人员安全疏散所需要的时间。研究与计算结果表明 :该地铁站火灾时 ,站台至站厅的楼梯是整个疏散过程的瓶颈 ,而楼梯的疏散能力主要受人员流量和楼梯的有效宽度所制约 ,据此提出了相应的解决方法。     

带电细水雾的灭火实验研究

利用静电感应原理,设计了使细水雾强制带电的感应荷电装置,进行了带电细水雾的灭火实验研究。为研究带电细水雾的灭火效率,在受限空间内,采用小尺度实验方法,通过改变电压的极性和大小、针-环状电极的半径及其距伞罩电极之间的距离,分析对灭火时间和热电偶温度变化的影响。结果表明:带电细水雾比普通细水雾能更迅速地降低火焰温度、熄灭火焰,荷负电的细水雾比荷正电的细水雾具有更好的抑制效果,随着电压的增大、针-环状电极半径及两电极间距的减小,灭火效能提高,熄灭时间减少。