不同火灾下建筑常用防火板材隔热性能试验研究∗

利用防火板材防护钢构件是钢结构防火的重要措施之一,而防火板材的隔热性能决定了钢结构的耐火性能, 为了研究建筑领域常用防火板材隔热性能,以及防火板材受火破坏形态和隔热性能随温度变化的规律,设计制作了 14 个防火板隔热性能试件,在三种火灾工况下对建筑领域常用防火板材进行隔热性能试验。研究结果表明：(1) 板材受火后的破坏形态和裂纹开展情况都与火灾升温历史有关;(2)板材受热过程中分解的结合水蒸发吸热是缓解钢板升温的重要影响因素之一;(3)用 ISO 834 标准升温下板材温度平台区域的 λ 取值结果来指导其他两种火灾情形下防火构造设计是安全的;(4)利用板材表面空气温度和钢板温度测试结果获得了板材导热系数,数值模拟计算与试验结果吻合良好,验证了采用导热系数测量方法的可靠性;(5)利用数值模拟与试验相结合的方法,分析得到石膏板的温度?等效导热系数简化曲线的两个重要敏感参数：热质传递影响温度区间等效导热系数结束变化的温度点(470 ℃)和该温度区间的等效导热系数波谷极值大小。     

内配型钢的圆钢管混凝土轴压构件的耐火性能

在钢管混凝土构件中内置型钢可有效提高整个构件的承载力和耐火性能。采用ABAQUS软件建立了标准火灾下内配型钢的圆钢管混凝土轴压构件的热力耦合数值模型,并与已有研究者完成的试验数据进行了对比验证;在此基础上,计算了火灾作用下该类构件柱顶轴向位移和跨中挠度随升温时间变化的关系曲线,根据破坏特征可以分为升温初期膨胀阶段、轴向压缩阶段和破坏阶段,并确定了该类构件的耐火极限;最后计算了火灾作用下每个组件间的相互作用力和参数分析。结果表明:随着温度的升高,钢管与混凝土、混凝土与型钢之间的接触应力呈降低趋势;火灾荷载比、长细比、钢管含钢率及防火保护层厚度对构件耐火极限影响较为显著。     

预应力轴心受拉钢构件抗火性能研究(Ⅲ):实用设计方法

为研究预应力轴心受拉钢构件的抗火性能,利用传热学原理对火灾下预应力轴心受拉钢构件的温度分布进行了理论分析,得出了任意爆火时刻预应力索温度的差分计算式。分析表明:火灾下拉索升温随拉索的等效直径增加而降低,随预应力钢管的温度升高而升高。利用索温度的差分计算式以及抗火设计基本思路,推导出预应力轴心受拉钢构件临界温度的简化计算方法,并采用试验研究、有限元方法对计算方法进行了验证。该计算方法表明构件的临界温度随着约束刚度比的增加而升高,随着荷载比的增加而降低。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。     

基于FDS模拟分析的建筑大空间火灾下钢构件的升温确定方法研究

利用火灾动力学模拟软件FDS,模拟了大空间火灾作用下裸露钢梁及钢柱的升温情况。介绍了绝缘表面温度法的基本原理。通过对FDS模拟得到的钢构件不同位置处的绝缘表面温度与周围气体温度的比较,显示了大空间火灾中火焰辐射对钢构件不同部位升温计算的影响,并据此对大空间火灾作用下钢构件升温计算中入射热的计算问题给出了建议。     

水性膨胀型防火涂料的现状和应用

钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一,具备重量轻、机械性能好、可承受较大的荷载及制作和安装机械化程度高的特点。随着城市规模的发展,钢结构在我国建筑业具有非常广阔的应用前景。但由于其自身抗火能力差,在火灾高温作用下,其力学性能如屈服强度、弹性模量等会随温度升高而降低,一般在15min左右即丧失承重能力而垮塌,需采取保护措施使其温度不超过临界点才能在火灾中保持稳定性。涂敷钢结构防火涂料,施工简单、重量轻、耐火时间长且不受钢结构几何形状的制约,具有良好的经济性和实用性。随着环保意识的增强,国内外越来越多的建筑提倡绿色环保理念,参与三星或LEED认证体系的评级认证。水性膨胀型防火涂料凭借其优异的环保、施工安全和防火性能,开始逐渐受到众多业主和设计师的青睐。本文从防火原理、技术特点、防火领域的国内外认证、施工和质量管理的角度,浅谈水性膨胀型防火涂料的性能和发展现状,同时也讨论了目前防火涂料存在的一些问题。     

大空间火灾中火焰辐射对钢构件升温的影响

为了研究大空间建筑火灾中,火焰辐射对钢构件升温的影响,得到考虑火焰辐射时钢构件升温的简化计算方法,应用热平衡方程,就火焰辐射对钢构件升温的影响,通过变化各个参数,进行了6000多个不同算例的计算.在对算例结果进行参数分析的基础上,将钢构件的升温看作受烟气层影响和火焰辐射影响两部分,忽略次要因素,合并归纳主要参数,拟合出简化计算公式,提出了大空间建筑火灾中火焰辐射对钢构件升温影响的简化计算方法,并给出了可不考虑火焰辐射影响的建筑高度临界值.通过算例计算,与原迭代计算方法相比,该简化方法计算简便快速,且精度也较高,能满足设计要求.     

湿热老化后膨胀型钢结构防火涂层导热系数数值计算

通过对已有多孔材料导热系数计算模型的总结和分析,提出了湿热老化后膨胀型钢结构防火涂层导热系数的计算模型。为考察该模型的计算精度,进行了湿热老化试验及隔热性能试验,测量涂层膨胀倍率、炭化层泡孔尺寸和钢板温度等数据。结果显示,湿热老化后炭化层泡孔尺寸增大导致涂层导热系数增大,隔热性能下降,钢板温度上升。利用本文试验测量数据(泡孔尺寸)计算炭化层导热系数,再根据炭化层导热系数的数值计算结果分析钢板温度,并将钢板温度的计算结果与试验结果进行对比,两者吻合良好,验证了膨胀型防火涂层导热系数计算模型的适用性。     

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究北大核心CSCD

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。     

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。     

建筑结构抗火性能研究回顾及展望

火灾产生的高温可使建筑结构严重破坏甚至倒塌 ,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力 ,必须进行建筑结构抗火分析和设计。各国学者对建筑结构抗火性能进行了大量研究 ,取得了丰硕的成果。本文简要介绍火灾科学的产生及发展的进程 ,重点回顾建筑结构抗火性能研究的进展 ,进而对今后发展进行了展望。     

大空间建筑火灾中钢梁的温升

大空间建筑火灾中,钢构件与火焰距离较近时需要考虑火焰直接热辐射对钢构件温升的影响。为了探究数值模拟中最合适的火焰辐射模型,运用ANSYS分别建立点火焰、圆锥体火焰和圆柱体火焰辐射模型,模拟考虑火焰热辐射的钢梁在大空间建筑火灾中的温升。并结合点火焰辐射理论及空气与钢构件的热对流和热辐射理论,获得钢构件大空间建筑火灾中的温升公式。运用MATLAB软件对该理论公式进行迭代运算,得到钢梁随时间变化的温度值。对比数值模拟结果与理论结果,发现用ANSYS模拟钢梁在大空间建筑火灾下的温升时,圆柱体火焰热辐射模型下的钢梁温升值与理论结果最接近。     

多国钢结构抗火规范关于受弯构件计算方法的比较与分析

为了研究受弯构件的抗火性能,及对国内外目前的受弯构件抗火设计方法有一个系统的了解,介绍了中国、美国、欧洲、英国和澳大利亚的钢结构抗火设计规范关于受弯构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析。设计了一个算例,分别采用不同的规范计算了其临界温度和耐火极限。经对比分析表明:各国规范的计算结果差别较大,相同条件下,澳大利亚规范计算得出的临界温度较低;无防火保护层时,英国规范计算得出的耐火极限较高,而有保护层时,美国规范计算得出的耐火极限较低。     

大型建筑构件在突发性事件中的抗火性能分析

针对地震、恐怖袭击等突发性事件引起的次生火灾对大型建筑的破坏特点,比较了大型建筑与普通建筑在结构抗火性能上的差异;利用轴向非均匀温度应力模型,对大型建筑构件的抗火性能与结构抗火计算进行了分析,疏理归纳出了部分性能特征;提出了一套用于这类火灾特点的构件抗火计算理论方法。     

火灾中植筋连接构件的抗火性能试验研究

为研究火灾中植筋连接构件的抗火性能,进行了35个化学植筋试件在不同温度下(25～200°C)的拉拔试验以及12个植筋连接混凝土构件的受火试验。拉拔试验重点研究了植筋胶的粘结力随温度变化的规律,以及不同温度下植筋胶的粘结—滑移关系,结果表明:随着温度升高,植筋胶的粘结力显著下降。植筋构件的受火试验中,考虑了植筋深度(15d,20d,d为钢筋直径)和保护层厚度(25、40、60mm)两种影响因素。首先对6个试件按ISO834标准升温曲线升温(荷载为常温下植筋构件设计承载力的10%),到指定时间后,加载至构件破坏失效,结果表明:植筋深度和保护层厚度对火灾中植筋连接构件的极限承载力均有重要影响。其后进行了6个构件的恒载升温试验(荷载为常温下常规植筋构件设计承载力的80%),直至构件破坏,结果表明:当保护层厚度小于40mm时,植筋深度和保护层厚度对耐火极限均有重要影响;当保护层厚度大于40mm时,对耐火极限的影响植筋深度要大于保护层厚度。     

表面设置防火涂料高强混凝土柱的耐火极限

前期试验表明,表面设置厚度20 mm的某非膨胀型防火涂料可较好地抑制高强混凝土的高温爆裂.本文通过试验反算给出了该涂料对应不同温度区间的平均导温系数；随后,利用结构抗火分析软件SAFIR对表面设置该涂料的高强混凝土柱的耐火极限进行了计算分析,考察了截面尺寸、轴压比、荷载偏心率及配筋率等因素的影响,在此基础上提出了相应的...     

调度自动化系统实时信息分层分流构建

火灾作用下混凝土构件的承载能力总体不断下降且具有明显随机性,采用抗火可靠指标可较好地评估构件的火灾安全性。本文针对混凝土轴压柱的高温承载能力极限状态,考虑材料强度变异性导致的柱高温极限承栽力的随机性,以及高温下柱荷栽效应组合的随机性,采用JC法计算给出了ISO834标准升温曲线作用下不同受火时间对应的柱抗火可靠指标,讨论了主要参数对该可靠指标的影响规律;并根据我国现行建筑防火规范,通过分析和参照对比,初步提出了混凝土轴压柱抗火可靠指标的目标建议值。研究认为:(1)截面尺寸越小,柱抗火可靠指标随受火时间增加而下降的速率越快;(2)现行规范给出的截面(200×200)mm、(240×240)mm、(300×300)mm 3种柱在各自耐火极限时刻的抗火可靠指标较为接近,但截面(370×370)mm柱的抗火可靠指标却明显偏低;(3)混凝土轴压柱的目标抗火可靠指标建议取为1.6。