基于超声脉冲法的火灾损伤后混凝土裂纹深度检测

检测或诊断裂纹深度是火灾后混凝土结构受损综合评判的重要依据。开发一种专用的火灾后混凝土裂纹深度检测仪器,是一项填补国内该领域空白的重要研究课题。在研讨和分析超声脉冲法检测混凝土表面损伤裂纹深度的单面平测法、逐层穿透法和损伤层厚度判定3种测试方法的基础上,笔者设计开发了一种超声测试诊断仪,采用高精度计时电路、传感器驱动电路和自动增益电路,提高了仪器计时精度和抗干扰性。经对多组火灾损伤后的结构混凝土试件的测试,获取了6组共60个声时数据,用给出的方法进行了计算,得出的裂纹深度值与观察结果能较好地吻合。理论与实测表明,提出的裂纹检测方法和开发出的测试仪器具有实用性。     

大跨度偏压隧道受火损伤分析

为探明火灾对大跨度偏压隧道造成的不利影响，依托贵州省某公路隧道工程，基于ANSYS有限元软件分析不同埋深及偏压条件下大跨度隧道结构的最大损伤和相对温度损伤变化规律，并对其温度场分布和应力分布规律进行总结。结果表明:衬砌高温损伤约60 mm，温度影响深度约300 mm，内部温升过程逐渐由曲线变化转变为直线变化；最大损伤深度随偏压角度增加近似呈指数增长变化，而相对温度损伤略有减小，当偏压角度较大时，火灾将成为隧道破坏的诱导因素而非直接因素；最大损伤深度与偏压隧道埋深近似呈抛物线变化，火灾对偏压隧道影响显著，必须采取有效预防措施；随着受火时间的增加，临火侧衬砌混凝土在热膨胀及围岩约束作用下，压应力快速增加，存在较大的压溃风险。     

火灾后混凝土结构损伤的属性识别

应用属性数学理论建立火灾后混凝土结构损伤程度评价的属性识别模型。选择影响火灾后混凝土质量的4个参数,如抗压强度损伤系数、抗渗透性损伤系数、爆裂损伤系数以及裂纹损伤系数等作为综合评判指标,通过构造属性测度函数以计算单指标属性测度和样本综合属性测度,应用置信度准则对火灾后混凝土样本的质量状况进行属性识别,从而建立了火灾后混凝土结构损伤程度综合评判的属性识别模型。在工程实例研究中,通过属性测度分析和计算,得到了火灾后混凝土样本损伤程度的评价结果,并分别与模糊综合评价和物元可拓评判法评价结果进行了比较,结果有较好的一致性。由于属性数学理论能很好地解决具有多个模糊属性问题的综合评价,且置信度准则是根据评价集具有有序性这一特点而提出的,因而可使评价结果更为可靠。     

火灾环境下热-冷循环作用对混凝土性能的影响研究

为了研究混凝土材料的结构与力学特征受火灾热-冷作用的影响规律,通过测量不同热-冷作用次数下的试样质量和密度损失率定量表征了混凝土结构损伤程度;通过开展单轴压缩实验对热-冷作用对其力学行为的变化规律进行了研究;最后进行XRD衍射实验和SEM扫描电子显微镜对混凝土的成分与微观结构进行探测.实验结果表明:在火灾热-冷作用下,...     

火灾后既有结构混凝土损伤评估的突变模型

为了充分考虑火灾后混凝土损伤的多种控制因素,简便而可靠的混凝土损伤综合评估方法,选取抗压强度、耐久性、爆裂和裂纹等4个损失系数为评价指标,采用突变理论的归一化公式和突变原则,构建火灾后混凝土损伤综合评估的突变模型,并予以工程实例分析。结果表明:该方法与模糊综合法、投影寻踪法、分形插值法、属性识别法、可拓物元法的评价结果具有较好的一致性,评价结果客观准确,是一种简单实用的火灾后混凝土损伤综合评估新方法。     

火灾后结构损伤冲击回波法检测数据小波分析的研究

针对火灾后混凝土结构受损综合评判的现状,指出常规检测方法的不足;系统地阐述冲击回波法检测混凝土结构内部缺陷的原理和优越性,提出运用冲击回波法检测火灾后有缺陷的混凝土结构,对采集到的信号进行小波分析,提取反映混凝土结构内部缺陷的特征信息,实现结构损伤检测。实测表明,使用冲击回波法可快速、准确检测火灾后混凝土内部缺陷,通过小波变换对回波信号的奇异性进行检测分析,能有效消除噪声干扰,并准确检测出缺陷位置,可以提高火灾后混凝土结构的检测速度和精度。     

高温后不同类型混凝土力学性能试验研究

对高温后C40和G50普通混凝土以及C80高性能混凝土的力学性能进行了试验研究,描述了试验现象,探讨了火灾温度、恒温时间、试件尺寸、冷却方式和混凝土类型等因素对高温后混凝土力学性能的影响,提出了高温后不同类型混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变等经验计算公式和高温后混凝土轴压应力-应变关系曲线表达式.试验研究表明,随着火灾温度的升高和恒温时间的增加,高温后混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量等整体上呈降低趋势,而峰值应变逐渐增加;在火灾温度、恒温时间恒定时,试件尺寸越大越不利,喷水冷却不如自然冷却,高性能混凝土不如普通混凝土.     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响，在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上，提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法，以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失，并引入混凝土临界剥落温度的概念，得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟，并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因；可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析；模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合，验证了其可行性；混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响，在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

新浇混凝土爆破振动损伤累积机制试验研究

为揭示新浇混凝土爆破振动损伤累积机制,设计并开展新浇混凝土爆破振动损伤累积模拟试验。首先测量超声波波速,并计算损伤值;然后利用试验结果和损伤断裂力学原理,分析新浇混凝土振动损伤累积规律与机制。结果表明:受振混凝土超声波速变化经历快速增长、缓慢增长、降低和稳定4个阶段;损伤值在第一阶段快速减小,进入第2阶段后损伤劣化效应显现,损伤值随着振动次数的增加先快速增加、后缓慢增加;受振混凝土中的峰值波速和稳定波速均低于基准混凝土的相应波速,高强混凝土损伤累积劣化效应较普通混凝土明显。新浇混凝土振动损伤累积是原生微裂纹尖端局部损伤变形、微裂纹和细观裂纹扩展的结果。     

爆破对矿岩损伤规律试验研究

岩体在爆破载荷作用下的损伤程度和损伤范围是影响矿山工程安全的关键问题之一。采用超声波测试和岩石压缩试验方法,从爆破前后岩体平均波速和岩石平均抗压强度两个方面研究了白云岩岩体的爆破损伤。结果表明:装填药量为4.5 kg的乳化炸药爆破,岩体受爆破损伤的影响范围不大于8 m;且岩体平均波速和岩石抗压强度均随爆源距离增大而增大,即岩体损伤随爆源距离减小而增大;岩体平均波速和岩石抗压强度减小幅度均随爆源距离的减小而增大,即到爆源的距离越小,岩体损伤的增量越大。     

森林自燃火灾中的凋落物辐射升温特性研究——以岳麓山为例

为研究森林火灾的凋落物辐射升温特性，设计一套森林凋落物温升速率测定实验装置，从岳麓山采样并通过辐射加热实验观察凋落层内部各点温升状况，采用红外热像仪辅助拍摄着火过程。分析处理7组不同月份的实验数据，获得森林凋落物的温时曲线、温度关联曲线，并建立温升速率关于含水率与表观密度的关联方程。研究表明:温升初期横向温升速率高于纵向温升速率，着火时刻附近纵向温升速率快于横向；岳麓山森林凋落物着火温度区间为340～350℃，在本实验条件下平均着火时间为420 s；各测点温升规律一致，热源基点处达到着火点时的周围温度在200℃左右。     

基于Matlab的短路熔痕凝固过程中熔体温度测算方法*

为解决无法对瞬时凝固的熔痕高温熔体进行测温，从而致使火灾物证鉴定界对短路熔痕组织形成规律无法达成共识的问题，使用高速摄像机采集熔痕形成时熔体的彩色影像，运用Matlab图像色温识别技术，对熔体凝固时的色彩变化进行识别与分析，从而建立测算短路熔痕凝固速率的方法。结果表明:该方法的平均标准差为9.63，标准不确定度为2.55 K，计算结果满足测试要求；在测算的10个熔痕中，灭弧瞬间熔体温度为1 734.03~2 759.15 K，初始冷却速率为-255.16~-86.61 K/ms，凝固时长为46.45~87.99 ms；灭弧时熔体温度与初始冷却速率呈近似正相关关系，与熔痕体积无关。通过此方法测算短路发生时高温熔体的温度变化，可为研究短路故障迸溅熔痕引燃、熔痕组织变化规律提供方法支持。     

纵向风对隧道火灾拱顶最高温度及其位置的影响

研究了燃烧风洞内不同纵向风速、不同火源功率条件下,隧道近火源区顶部温度沿纵向分布情况。结果表明,纵向风对不同尺寸火源条件下的顶部温度的影响呈不同特征。对较小尺寸火源,隧道顶部温升随风速增加而减小至稳定值;而对较大尺寸火源,顶部温升随风速增加先增加后减小。对于矩形火源,当纵向风较小(0.5~1.5m/s)时,长边平行于纵向风时顶部最高温升大于长边垂直于纵向风的情况;而当纵向风较大(≥2 m/s)时,两种油盘放置方式的顶部最高温升一致。纵向风作用下,顶部最高温升位置向下游呈现"两次移动"特征,即随着纵向风速增加该位置先向下游移动,当风速达到某一值时,隧道拱顶的加热机制由对流和辐射共同主控转变为辐射单独主控,最高温升位置突变回到上游后再次逐渐向下游移动。     

公路隧道内纵向通风对火灾参数影响的试验研究

公路隧道发生火灾时易造成严重后果,纵向通风作为火场排烟降温的常用措施会改变燃烧的火源功率及相关火灾参数,影响公路隧道通风排烟的设计。利用按照弗洛德相似性原理自行设计建造的公路隧道火灾烟气输运特性研究试验台,研究了不同纵向通风风速下燃料火源功率、火焰形状和烟气层高度、距火源2 m人眼高度处一氧化碳体积分数、隧道横截面竖向温度及隧道纵向人眼高度处温度的变化规律。结果表明,所研究的火灾参数与纵向通风之间呈现非线性变化关系,火源功率在纵向通风作用下出现"双驼峰"现象,随风速增大,火源功率、火焰主体长度与亮度的变化规律相似,平均燃烧速度与一氧化碳体积分数、温度变化规律一致。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素，利用COMSOL软件对火区进行数值模拟，建立巷道三维模型，得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件，分析火风压作用下，火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律，得出不同因素与临界风速的关系，为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时，巷道入口风速越低，火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部，随着风速增大，向巷道下部蔓延；风速较低时，在火区火风压的作用下，会产生烟流逆退现象，随着风速的增大，逆流层长度和厚度随之减小；巷道入口通风条件不变时，火区温度越高越容易产生烟流的逆退，影响范围越大；巷道高度越高、上行风坡度越小，越易发生逆退现象；不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系，其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象，影响范围较大；火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

古商业街木结构建筑防火间距的数值模拟研究

古商业街木结构建筑较多,防火间距先天不足,发生火灾后蔓延迅速,有必要开展木结构建筑引燃特性研究以获得合理的防火间距设置参数.以古商业街为研究对象,以临界温度和热辐射强度作为着火建筑对面木结构建筑被引燃的判定指标,综合考虑环境风速、建筑间距、火源功率、喷淋系统等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析系列火灾场景下的温度和...     

喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响

基于经典羽流模型,通过全尺寸试验测量大空间喷头上方羽流中心线不同高度处的温度和速度,分析羽流中心线温度和速度的变化规律,并与经典羽流模型做比较,得出喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响。结果表明:喷淋启动前,羽流温度和速度随高度增加的变化趋势与经典羽流模型基本一致;喷淋启动后,各高度处温度显著降低,速度显著减小,温度随时间的变化趋势与喷淋压力有关,且温度和速度随高度增加的变化趋势发生明显改变。     

电气管廊火场模拟分析与灭火有效性试验研究

针对三种不同尺寸的电气管廊试验环境,开展实体火试验,研究引火源、电缆类型及通风风速等因素对电气管廊火灾温度特性的影响,研究表明,电缆类型及引火源对火灾发展影响较大,通风风速对火灾温度特性产生规律性影响,不同尺寸的电气管廊内温度变化不存在比例关系。细水雾灭火系统可以有效扑灭电缆发热起火及外部火引燃的火灾,数值模拟结果可以较好的预测实体火试验结果。     

卡源故障下悬挂链式辐照室火灾危险性研究

为了分析悬挂链式辐照室的火灾危险性,采用实验测定得出室内典型辐照物品的点着温度,通过设置3组火灾场景模拟得到卡源故障下各火灾场景辐照室内温度变化曲线。结果表明:各火灾场景卡源初期1 h,温度上升速度较快。随着时间的增长,室内温度不断上升,但上升速率逐渐放缓。在火灾场景A,B,C等3组条件下卡源故障分别发生9,4,2.4 d后,室内局部温度能达到210℃,室内辐照物品有可能被引燃。     

细水雾抑制隧道甲醇火灾的全尺寸实验研究

针对难以迅速扑灭的隧道甲醇火灾场景,在截面积9.14 m~2,长38 m的全尺寸隧道内开展了一系列实验,研究了不同通风条件下多喷头细水雾系统对隧道甲醇火灾的抑制作用。通过分析火源周围温度分布、火源下风向隧道温度分布及隧道能见度等参数,综合评估了通风条件下细水雾系统抑制隧道火灾的效果。结果表明:纵向通风降低隧道温度的同时易引起人眼高度处温度升高;细水雾能迅速控制火灾发展并有效降低隧道温度,但细水雾雾滴的扩散与沉降易造成隧道能见度的下降。在本文条件下,风速为4.98 m/s的纵向通风和10 MPa压力下的6喷头细水雾系统共同作用能够有效降低火源周围温度和隧道温度,并显著提高隧道能见度。