火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(I)：理论与公式

介绍了火灾下有匀质防火层保护的钢构件温度计算的一维传热模型。给出了求解该模型的相关边界条件和假定,并给出求解该一维传热模型在不同边界条件下的解。通过分析三种典型防火材料保护下、截面系数不同的三种截面的升温,比较了由我国规范CECS200、欧洲规范、欧钢协标准、美国规范及其他学者推荐的方法得到的结果,并对照有限元结果,考察了不同计算方法的有效性。结果表明,CECS200与国外规范给出的结果符合良好且略微偏高。通过计算典型截面在不同耐火极限要求下的最小保护层厚度,比较了各国规范的设计结果。结果显示,由不同规范推荐的公式计算得到的最小保护层厚度相差不大。CECS200计算的最小保护层厚度与国外规范一致,与欧洲规范得到的结果基本相同。研究表明,在标准火灾环境中我国规范给出的方法合理有效且形式简单便于工程运用。     

火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(Ⅰ):理论与公式

介绍了火灾下有匀质防火层保护的钢构件温度计算的一维传热模型。给出了求解该模型的相关边界条件和假定,并给出求解该一维传热模型在不同边界条件下的解。通过分析三种典型防火材料保护下、截面系数不同的三种截面的升温,比较了由我国规范CECS200、欧洲规范、欧钢协标准、美国规范及其他学者推荐的方法得到的结果,并对照有限元结果,考察了不同计算方法的有效性。结果表明,CECS200与国外规范给出的结果符合良好且略微偏高。通过计算典型截面在不同耐火极限要求下的最小保护层厚度,比较了各国规范的设计结果。结果显示,由不同规范推荐的公式计算得到的最小保护层厚度相差不大。CECS200计算的最小保护层厚度与国外规范一致,与欧洲规范得到的结果基本相同。研究表明,在标准火灾环境中我国规范给出的方法合理有效且形式简单便于工程运用。     

建筑大空间火灾模拟及升温计算简单公式

钢结构经常用于建筑大空间环境。因为使用和功能要求,建筑大空间内通常无法设置防火墙来阻止火灾的水平传播,而是通过设置燃烧岛、防火舱及防火隔离带等措施将可燃物限制在一定区域内。大空间内可能的火灾为区域火灾。给出了模拟大空间火灾的理论模型和升温计算简单公式。公式基于火羽流相关理论,并引入工程相关常数得到。通过工况分析,考察了两种不同火灾场景,公式的计算结果与场模拟软件FDS结果进行了比较,二者符合良好。所给出的公式形式简单,式中参数的物理意义明确,推荐用于实际工程计算。     

钢筋混凝土柱温度场试验研究

研究钢筋混凝土柱在升温、降温加热曲线作用下的截面温度场分布。完成了1根边长700mm方形钢筋混凝土柱的四面受火温度场试验,加热曲线升温段为ISO-834标准升温曲线,降温段为随炉冷却降温曲线。试验过程中测得了柱截面内不同位置的温度变化。建立有限元模型对试验结果进行了模拟分析。结果表明:方形柱截面内不同位置的升温速率、降温速率受其距受火面距离影响较大;截面内距离受火面越远的位置,升温滞后现象越明显;在ISO-834标准升温和随炉降温加热曲线作用下,当方形柱的截面边长大于等于700mm时,柱截面内的温度分布可反映大截面尺寸钢筋混凝土柱在火灾升、降温阶段的温度分布变化。     

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。     

火灾下大空间结构温度场的数值模拟分析

大空间结构近年来在我国得到了迅速的发展,然而,我国原有防火规范常常无法满足该类结构防火设计的需要。目前性能化设计方法是防火研究领域的发展趋势,而结构内部温度场的准确计算与否是其中非常关键的重要环节。笔者利用流体动力学计算软件FLUENT对不同火灾曲线和火源功率下,典型尺寸模型的温度场随时间与空间的分布情况进行了计算模拟,并与我国《钢结构防火技术规程》(征求意见稿)中近似公式计算结果相对比,同时对规范中未规定的火源功率可否使用已知值采用线性插值方法求解进行了讨论,并深入分析了此简化计算公式存在的局限性。     

方中空夹层钢管混凝土柱火灾后剩余轴压承载力

为探究影响方中空夹层钢管混凝土火灾后剩余轴压承载力的因素,利用ABAQUS有限元软件,建立方中空夹层钢管混凝土的温度场和力学场分析模型。通过建模分析,可以得出以下结论:计算长度、空心率、受火时间、钢材强度、混凝土强度、荷载偏心率是影响方中空夹层钢管混凝土火灾后剩余轴压承载力的主要因素,其影响规律为:方中空夹层钢管混凝土柱剩余承载力随计算长度、空心率、荷载偏心率、受火时间的增加而降低;随混凝土强度和钢材强度的增加而增加。在参数分析结果的基础上,给出了该类构件火灾后剩余轴压承载力的简化计算公式,该公式的精度较高,与数值程序计算结果相近,可为此类构件火灾后剩余承载力计算提供参考。     

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.     

论发泡剂在钢结构防火涂料性能中影响

近年来,现代化厂房、机场候机楼、影剧院、体育馆、大型超市等大跨度建筑物广泛采用钢结构。钢材作为主要结构材料,具有跨度大、自重轻、可预制加工等诸多优点。由于钢材自身不燃,因此钢结构的防火隔热保护问题曾一度被人们所忽视;据国内外相关资料报道和专业机构的试验结果显示,钢结构建筑的耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构差。钢材的力学性能是温度的函数,机械强度随温度的升高而降低;钢材失去承载能力时的温度,定义为钢材失效的临界温度;通常建筑用钢材的临界失效温度为540℃。对于建筑火灾,温度大多在800-1200℃之间。国际标准火灾升温曲线公式为:     

某中庭式建筑火灾情况下人员疏散危险性分析

建筑物内人员的安全疏散设计是建筑防火设计的重要组成部分。本文针对具体某中庭建筑的实际情况,开展人员安全疏散研究．采用性能化防火设计的思想，运用经验公式和场模拟相结合的方法对不同火灾场景下中庭的烟气运动进行数值计算．并将计算结果与我国现行规范中的相关规定对比分析。研究结果表明，性能化设计思想能在中庭的人员疏散设计中得到合理的应用。     

轴向与截面非均匀温度场对某固支钢梁最大挠度的影响

目前钢构件火灾响应特性的数值模拟分析一般假设温度场轴向均匀分布,但大空间真实火灾环境下,火源位置的变化往往会导致温度场轴向和截面的非均匀。采用ANSYS有限元分析软件,对某12m长固支钢梁在三面受火情况下的最大挠度进行分析,首先假设温度场轴向非均匀分布,在此基础上进一步假设截面方向也存在非均匀分布,并与轴向均匀温度场下钢梁的最大挠度进行比较。在该文研究条件下可得如下结果：钢梁在轴向非均匀温度场下最大挠度较小,耐火时间增长;对于温度场轴向非均匀分布,截面同时非均匀分布时钢梁最大挠度较大;当温度场轴向非均匀、截面均匀时,火源位置从端部到中间,钢梁最大挠度逐渐减小,在距端部1/4处最大挠度有突增。     

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。     

考虑火源位置的船舶机舱火-热-结构耦合研究

为准确分析真实火灾条件下的船舶机舱结构力学行为,克服传统标准温升法的缺陷,提出基于火灾动力学模拟器(FDS)和ANSYS的火-热-结构力学耦合分析方法;采用FDS仿真模拟真实火灾场景,获得近机舱内壁面处时变温度场信息,以此温度场信息为边界条件,传输到结构力学行为仿真软件ANSYS中,对机舱结构加载温度荷载并进行瞬态热分...     

烃类池火灾热辐射量化分析模型探讨

为澄清有关烃类池火灾热辐射量化分析模型选择中存在的问题,针对"池火计算方法"模型进行量纲分析和物理意义方面的讨论,提出该模型在概念使用、量纲关系、热释放速率的计算以及池火焰模化等方面存在的问题。系统阐述点源模型、Shokri-Beyler模型、Mudan模型等常用烃类池火灾热辐射通量分析模型的适用条件和应用范围。点源模型适用于被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量小于5 kW.m-2情况下池火灾热辐射的量化分析;Shokri-Beyler模型主要应用于估算被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量大于5 kW.m-2的情况;Mudan模型可用于估算无风或有风条件下被辐射目标物从池火焰接受的热辐射通量。     

A study of the probability distribution of pool fire extinguishing times using water mist

Water mist, a replacement for Halon gaseous agents in fire fighting, has been studied for decades. However, the fire-extinguishing reliability of water mist is debated. For example, there are significant differences in extinguishing times between tests conducted under the same conditions, and water mists have difficulty extinguishing small fires. To date, no study of the probability distribution of extinguishing times has been reported. In this study a statistical analysis of the extinguishing time distribution of pool fires extinguished using water mist is presented. The fire sources were circular/square stainless steel pans with gasoline, diesel, ethanol or daqing RP-3 as fuel. Two types of extinguishing scenarios were observed. In one situation, the fire was extinguished via a blow off process, when the flames had not yet been suppressed. Flame cooling is the primary fire extinguishing mechanism; the mass loss rate and combustion heat of the fuel are two key factors. In the other situation, the fire was initially suppressed and subsequently extinguished after a long suppression stage. Surface cooling is the primary fire extinguishing mechanism; the flash point of the fuel is the key factor.     

油池火作用下钢管混凝土柱温度分布研究

在开敞空间条件下利用油池火模拟不同的火灾场景,对火源燃烧阶段和燃烧结束后钢管混凝土柱的温度变化进行研究。测量了燃料质量变化和钢管混凝土柱的温度分布等参数,分析不同火灾场景下钢管混凝土柱轴向、横截面的温度变化,并以实验工况HS3为例进行深入分析,同时分析了火源的燃烧时间、热释放速率对钢管混凝土柱温度场分布的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱纵向温度分布与横向温度分布一样都存在明显的温度梯度,其表面钢管温度变化受火场热释放速率影响较大,而内部混凝土的温度变化则主要受火场持续时间的影响。