阴角邻面火灾作用下L型钢管混凝土柱耐火极限研究

运用有限元软件ABAQUS计算L形带肋钢管混凝土柱阴角相邻两面受火全过程下的耐火极限,分析了阴角邻面受火方式下构件内部温度场和应力场的变化规律,在此基础上分析荷载比、宽厚比、计算长度、加劲肋纵向间距、荷载偏心率、荷载角等参数对耐火极限的影响规律。数据表明:荷载比、计算长度对构件耐火极限影响较大,随着荷载比和计算长度的增大,耐火极限基本呈线性下降;加劲肋间距对构件耐火性能影响较小;由于L形柱的特殊形式,偏心荷载对耐火极限的影响规律较复杂,荷载作用点偏向低温区可以提高耐火极限。     

受火方式和防火层对梁柱全焊节点抗火性能影响分析

梁柱节点作为钢结构的重要组成部分,在火灾下极易遭到破坏。全焊节点具有较好的塑性变形能力,且抗震性能较好,在高烈度地震地区广泛应用。采用有限元法对梁柱全焊节点抗火性能进行数值模拟,研究不同受火方式下全焊节点的力学行为,揭示不同受火方式时梁柱各节点处温度变化规律,并对比分析有无防火层对全焊节点温度的影响规律。研究结果表明:不同受火方式对全焊节点温度影响较大。节点全部受火时节点各处温度变化曲线基本接近,结构各部位温差较小,整体处于高温状态;梁柱两面受火时受火面温度马上升高,远离受火位置的节点温度升高缓慢,节点各处温差较大。将节点全部受火与不受火进行对比发现,节点全部受火时节点各处应力明显大于不受火情况,温度升高使节点承载能力下降。在柱内壁和梁下侧施加防火层,升温最快的是防火层区域,且有防火层区域节点温度整体低于无防火层节点,对节点施加防火层可以有效降低整体结构升温。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱温度场试验研究与分析

为研究带肋薄壁钢管混凝土柱在火灾下的温度分布,进行3根足尺带肋薄壁方钢管混凝土柱升温试验。建立方钢管混凝土柱温度场有限元模型,模型计算结果与实验结果符合较好。利用模型分析了典型的温度场分布规律,并研究了各参数对构件温度场的影响规律。结果表明:构件截面温度场在四面受火状态下呈双轴对称分布,且角部温度较高。加劲肋对构件温度场的影响仅限于焊接点附近,加劲肋间距和含钢率对构件整体温度场影响微小;截面边长、受火时间和受火方式是影响构件温度场的主要因素。     

火灾下梁柱端板连接节点的力学性能研究

通过火灾作用下门式刚架半刚性端板连接节点ANSYS计算模型的分析,得出了节点的转角温度关系及转角达到极限状态时的临界温度,为分析节点在火灾下的转动性能和节点的抗火能力提供一种经济、可行的方法,并发现在进行ANSYS模型抗火计算时,采用EC3高温下钢材特性较为合理。对基于计算的钢结构节点抗火设计方法研究具有理论意义和工程...     

火灾环境下钢结构力学响应行为研究回溯与前瞻

火灾环境下高温对结构钢材的力学性能具有显著的不利影响.通常钢材在200～400℃的温度下力学性能开始下降,在800℃以上几乎丧失所有的强度.火灾环境下的钢结构力学响应行为是钢结构抗火设计的前提.为了展示火灾环境下钢结构的力学响应研究的清晰脉络,首先综述了火灾环境工况加载、钢结构升温规律的研究文献,然后从钢的耐火性能分析开始,评述了钢结构形式对耐火性能的影响和热作用下的结构变形研究.研究表明:若采用ISO 834标准升温曲线作为热加载方式,钢结构的升温规律和力学响应行为与真实火灾场景下相比差异显著,在标准火下钢的抗火时间更长;钢结构在火灾环境下的热应变随温度升高而增大,最终导致屈曲和过度挠度;当温度超过400℃时,高温蠕变会加速结构的失效;试验和数值模拟方法能很好地预测钢结构在真实火灾环境下的温升规律;较为真实地表征钢结构的不均匀力学响应行为,首先需要加载真实的火灾工况,同时要充分考虑钢结构形式,并耦合运用工程热物理、力学相关工具和方法;钢附着可燃材料燃烧的热反馈及相应的力学响应行为是钢结构抗火研究的新问题,针对该问题需要建立科学的热-力耦合工程定量测试方法.     

不同升温条件下钢梁火灾行为的有限元分析

采用有限元法对H型简支钢梁在火灾下的热、结构响应进行模拟,得到了瞬态温度场分布,挠度、轴向变形随温度变化的曲线,构件的耐火时间和耐火温度以及屈曲破坏形态,并与试验结果进行了比较;分析了不同升温条件下钢梁的温度场分布和变形规律;研究了升温速率对钢梁火灾性能的影响.结果表明:火灾升温速率不同时,梁截面呈现出不同的非线性温度梯度;升温速率小,截面温度梯度小,耐火时间长,梁变形主要为热膨胀;升温速率大,环境温度高,截面温差大,耐火温度高,屈曲破坏时能承受的挠度也大,但耐火时间短,梁变形为热膨胀和热弯曲的组合.     

相对两面受火的方钢管钢筋混凝土柱耐火极限

目前有关方钢管钢筋混凝土柱抗火性能的研究主要是针对四面均匀受火的情况,而在实际中,会出现相对两面受火这一情况。为此,利用ABAQUS分析软件建立了方钢管钢筋混凝土柱在相对两面受火作用下高温反应有限元模型,在验证模型正确性的基础上,对其耐火极限进行参数分析,包括荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及配筋率等,得到了相对两面火灾作用下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数和影响规律,并给出了该受火条件下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是相对两面火灾作用下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。     

温升速率对某防火保护简支钢梁耐火时间的影响

在钢结构抗火研究中通常基于标准温升曲线分析钢构件的火灾响应特性,采用更接近实际火灾场景的BFD自然温升曲线,运用有限元分析软件ANSYS研究了不同火灾温升速率对某防火保护简支钢梁耐火时间的影响,并与经验公式法进行比较。结果表明:有限元分析结果与经验公式法的计算结果基本一致;不同温升速率会导致钢梁温度场变化的差异性,进而影响钢梁的耐火时间;在快速温升时,荷载大小对钢梁耐火时间的影响较大;当荷载较大时,钢梁耐火温度降低,快速温升下钢梁耐火时间较短。     

相对两面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限

在已有设计与实践中,较多关注四面均匀受火的钢管混凝土柱耐火极限的研究。但是通常在实际火灾中,钢管混凝土柱常出现相对两面受火这种非均匀受火情况,且该受火情况下钢管混凝土柱的受力机理与抗火性能与均匀受火情况有所不同。因此以方中空夹层钢管混凝土短柱为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立了方中空夹层钢管混凝土短柱在相对两面受火情况下的抗火分析模型,利用试验验证后的模型对构件耐火极限的影响因素进行了分析,分析结果表明:荷载比是影响方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为荷载比越大,耐火极限越小。基于参数分析结果,回归了相对两面受火方式下的构件耐火极限简化计算公式,为以后对此类构件耐火极限的研究提供参考。     

建筑火灾升温条件下电缆耐火性能测试方法

为测试电缆在火灾充分发展阶段的耐火性能,首先从受火条件、判定方法、耐火时间和样品安装等方面,提出建筑火灾升温条件下电缆耐火性能测试方法(简称新测试方法,包括新方法A和新方法B);然后搭建建筑火灾升温条件下电缆耐火性能测试平台,采用传统电缆耐火性能测试方法和2种新测试方法分别测试21根电缆的耐火性能,并加以对比。结果表明：与传统电缆耐火性能测试方法相比,新测试方法能有效区分电缆耐火时间长短,而且可同时测试1～12根电缆的耐火性能,提高了测试效率。9根电缆2次耐火试验的耐火时间基本接近,新测试方法测试电缆耐火性能的重现性好。     

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。     

高原乙醇油池火燃烧特性实验研究*

为研究低压条件下油品燃烧特性,以乙醇油池火为研究对象,搭建高原油池火实验平台,研究不同油盘直径下乙醇油池火燃烧规律,分析燃烧速率、火焰高度和火焰脉动等参数随时间的变化规律。研究结果表明:低压条件下的乙醇油池火,燃烧速率小于同等尺度常压条件下的油池火燃烧速率;乙醇油池火的燃烧速率随油盘直径增加变化不明显;火焰高度随油池直径增加呈现显著上升趋势,并拟合推导出适用于低压乙醇池火的火焰高度公式;火焰脉动频率随油池直径增大而减小,并给出火焰脉动与油池直径的经验公式。研究结果可丰富低压乙醇燃烧的油池火实验数据,为低压乙醇油池火的风险评估提供参考。     

港珠澳大桥沉管隧道接头耐火性能试验研究

为研究港珠澳大桥沉管隧道管节接头的耐火性能,在1∶5缩尺寸模型内进行了4次单孔接头整体在不同特性防火板保护下的火灾试验。试验主要量测了火灾全过程中防火板背火面、混凝土、钢筋、防火隔断、止水带等位置温度随时间的变化情况。结果表明:1)1 200℃火灾持续2 h,接头在25 mm～30 mm厚单层防火板保护下,混凝土外表面温度不超过380℃、止水带温度不超过70℃;2)防火板背火面温度场主要受炉内温度分布的影响;3)火灾下防火板受火面裂纹的产生与板材支承条件相关,裂纹的形态与板材性质相关;4)考虑板材厚度影响,港珠澳大桥沉管隧道所使用的防火板综合耐火性能最优。     

基于气压监测的外浮顶储罐火灾报警系统研究

目前,外浮顶储罐的火灾报警系统是采用光纤光栅火灾报警系统。但是,考虑到光纤光栅火灾报警运行费用高和存在报警盲目的缺点,研制了基于气压监测的外浮顶储罐火灾报警系统。针对不同型号的感温探头,开展了火灾报警系统火灾报警响应时间和报警温度实验,分析了火焰距离、热熔管管径以及管壁厚度与对火灾报警响应时间和报警温度的影响。实验结果表明:随着火焰距离的增大,报警响应时间增长;相同火焰距离条件下,随着感温热熔管直径的增大,报警响应时间增长,报警温度升高。Φ6热熔管的火灾报警温度为116.8℃,Φ8热熔管的火灾报警温度为129.1℃,Φ10热熔管的火灾报警温度为156.7℃。     

基于金相分析技术的煤矿火灾事故调查试验研究

通过对矿井火灾现场特性的分析,根据金属材料的特点,提出利用金相鉴定技术进行矿井火灾事故调查的新方法,试验测定得出高温作用下40号钢和铸铁的金相组织和硬度的动态变化规律。试验结果表明,不同加热温度条件下,40号钢冷却后具有不同的金相组织,其硬度随受热温度的升高迅速下降;在相同加热温度不同受热时间条件下,40号钢的金相组织与硬度变化不明显。铸铁的硬度随加热时间的增加呈下降趋势,其金相组织也有较明显的区别。根据矿井火灾后降温较为缓慢的特点,提出灰口铸铁与白口铸铁相互转变的方向性。因此,矿井火灾事故调查可以对受到火灾破坏的金属构件的金相组织的观察和硬度测定,来"反推"出该部位在火灾时曾受过的最高温度以及持续时间,从而可推断火灾的蔓延情况,为认定起火原因和起火位置提供技术支持。     

钢筋混凝土矩形梁的当量耐火时间

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度一时间曲线为火作用,以热传导和建筑结构耐火理论为基础,以梁在实际和标准火灾下的承载力相等为等效准则,用数值计算方法研究梁的当量耐火时间,并用最小二乘法导出其计算公式.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,梁的当量耐火时间越长;反之越短.所给梁的当量耐火时间可用于建筑结构性能化耐火设计与评估:当火灾荷载密度较大,开口因子较小时加大梁的截面参数以获得安全性,反之,减小截面参数以获得经济性.     

火灾后套筒灌浆料力学性能试验研究

为研究火灾对套筒灌浆料力学性能的影响,设计不同受火时间(60,90 min),不同静置时间(1,14 d)以及不同冷却方式(自然冷却、喷水冷却)试验,分析不同工况下的套筒灌浆料的抗折强度和抗压强度.结果表明:随着受火时间的增加,套筒灌浆料的抗折、抗压强度均逐渐降低,自然冷却后抗折强度残余率分别为11.3％、9.1％,抗...     

水喷淋对仓库火蔓延及烟气输运影响的数值模拟

以某仓库作为工程背景，采用多维数值模拟研究水喷淋对火灾火蔓延及烟气输运的作用和影响。分别对该仓库在无水喷淋、水喷淋及时启动以及水喷淋延时动作的三种情况进行了较为详细的计算。模拟结果表明，无水喷雾时，该仓库的火蔓延速度逐步加快，热烟气层从顶棚附近逐步下降到地面附近；水喷雾及时启动时，火蔓延被有效抑制，热烟气层仅停留在顶棚附近；水喷淋延时动作时，火已经蔓延到较大区域，货物处于高温区，热烟气层下降到地面附近，虽然火被水喷淋系统扑灭，但货物已受到高温和烟气的危害。模拟结果为同类型仓库设计水喷淋系统的必要性提供了科学依据，同时也论证了确保水喷淋系统完整好用的重要性。