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。     

非膨胀型防火涂料的等效热传导系数及其试验方法

热传导系数是表征非膨胀型防火涂料隔热性能最重要的参数,也是进行钢构件升温计算所必需的参数。非膨胀型防火涂料的热传导系数随温度升高有较大变化,采用常温下的热传导系数来计算钢构件在火灾下的温度将导致较大的误差。从工程应用角度,热传导系数采用一个常数可极大地简化计算,因此本文提出了等效热传导系数的概念及其试验方法。该方法基于非膨胀型防火涂料保护钢构件标准耐火试验,可综合反映涂料在火灾下的实际性能。试验与理论计算的对比表明,采用等效热传导系数可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温。     

确定厚型防火涂料高温导热系数的实用方法

目前,厚型防火涂料高温导热系数的取值尚不清楚,因而无法准确地对厚型防火涂料保护的结构进行抗火理论分析和设计。针对这一问题,本研究将厚型防火涂料视为主要由粘结基料和隔热骨料所组成的复合物,利用并联和串联2种计算模型,分别建立了厚型防火涂料的高温导热系数计算公式;采用得到的高温导热系数值进行温度场分析,并将计算值与实测值进行对比。结果表明,利用并联模型公式得到的厚型防火涂料高温导热系数取值最为合理。据此,给出了确定厚型防火涂料高温导热系数的实用方法,为解决厚型防火涂料高温导热系数的取值问题提供了一条有效途径。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法北大核心CSCD

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

纯弯荷载下厚型钢结构防火涂层破损的试验研究和数值分析

厚型钢结构防火涂层因其耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但厚型防火涂层易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,这将影响钢结构的抗火性能。为了认识厚型钢结构防火涂层的破损模式,本文对涂有厚型防火涂料的钢板件进行了纯弯荷载试验,运用有限元分析软件AN SY S对试验全过程进行了模拟分析,并与试验结果相对比。结果表明:受弯构件压区涂层的破损模式主要为涂层-钢板界面破损,拉区涂层的破损模式与涂层厚度有关,当涂层厚度较薄时,主要为涂层内部拉裂,涂层厚度较厚时,主要为涂层-钢板界面破损;涂层厚度越厚,界面破损出现得越早;若在涂层上贴置应变片,会使涂层的界面裂缝和横向裂缝提早出现。     

基于DTS技术的多层土有效导热系数测量方法

岩土体的导热系数是开发和利用地热能的重要参数。通过室内热响应模型试验,采用分布式温度传感技术(Distributed Temperature Sensing,DTS),连续测得多层土模型饱和状态下4种常见土在试验中的有效导热系数分布和大小,分析了渗流对土有效导热系数的影响,并利用GeoStudio有限元软件对不同类型土的有效导热系数进行了模拟计算。试验和数值计算结果均表明:4种饱和土中有渗流的砂土的有效导热系数最大,无渗流砂土次之,粉土小于无渗流砂土,粘土小于粉土,有机质土的最小;渗流对砂土有效导热系数的结果影响显著,使有效导热系数增大了6倍。本试验采用DTS测试土的有效导热系数的方法可用于现场试验,所得结论为地热能开发和地源热泵设计提供了重要依据。     

南京地区下蜀土导热系数影响因素室内试验研究

岩土体热物理性质是当前岩土工程领域的一个重要研究课题,其关键在于岩土体导热系数的测试。使用日本EKO公司HC-110型热导仪,应用稳态法对南京地区典型下蜀土的击实重塑样进行导热系数测试,分析含水率、密度及试验温度对土体导热系数的影响,从土颗粒间、土颗粒与水分子间的接触方式对不同物理指标下土的导热系数的影响机制进行机理分析,结果表明:含水量一定,试样密度越大,土颗粒之间接触面积越大,土体热交换能力越强,导热系数越大;试样密度一定,温度升高时水分子活动能力加剧,导热系数随温度升高而增大,含水量大于16.6%时,导热系数随温度变化趋于平缓,温度大于50℃时导热系数有变小的趋势;试验温度一定,含水量小于20%时导热系数增大明显,含水量超过20%时试验值变化范围较小且有曲线重合现象。     

外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能研究∗

为探究外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能,通过现场热响应试验,利用热源理论初步分析其岩土综合导热系数,建立三维传热数值模型并进行验证。利用三维传热数值模型分析换热管间距及其导热系数、换热液流速和桩周水泥土导热系数等因素对该新型桩换热性能的影响。分析结果表明,试桩区域岩土综合导热系数为1.64W(m·K)-1。提高换热管间距、换热管导热系数、换热液流速和桩周水泥土导热系数均能提高能源桩的换热性能,但当换热管间距大于0.25 m,换热液流速达到紊流态,换热管和桩周水泥土导热系数高于岩土综合导热系数后,提高上述参数对能源桩换热性能的提高贡献不大。     

基于损伤塑性模型的砌体墙体非线性有限元分析

为了研究砌体墙体用钢结构加固后的力学性能,需要提供较准确的砌体墙体非线性计算,考虑到砌体与混凝土的材料性质具有相似性,将混凝土损伤塑性模型经修正后应用于砌体数值模拟,实现对砌体墙体的非线性有限元分析。通过与水平加载试验结果对比,验证了有限元模型的正确性。探讨了损伤塑性模型中的粘性系数、膨胀角、砌体本构关系中的初始弹性模量、受拉应力应变关系对计算结果的影响。结果表明:粘性系数和膨胀角对抗剪承载力、峰值位移及下降段性能均有较大影响,而对初始刚度影响很小;随着初始弹性模量的增大,砌体墙体抗剪承载力随之提高,但峰值位移无明显变化;受拉应力应变方程中待定系数的取值,对抗剪承载力及峰值位移影响较大。     

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。     

含水率及温度影响非饱和土导热系数的试验研究

土体的导热系数是能源岩土工程设计与研究中重要的热物理参数。工程中土体常处于非饱和状态。非饱和土体的导热系数会影响地下结构物的力学性能、热交换效率以及整个热工结构的工作效率。为给能源岩土工程设计与研究提供可靠的热物理参数,通过室内单元试验测量了不同含水率和温度下砾砂、粉土和黏土的导热系数,研究这三种非饱和土体的导热系数与含水率、基质吸力和温度的关系。研究结果表明,三种非饱和土体的导热系数都随含水率的增加而增加,最后趋于稳定。砾砂导热系数增加的速率最快,粉土次之,黏土最小。相同含水率下,砾砂导热系数最大,粉土次之,黏土最小。粉土的导热系数与基质吸力密切相关,其关系曲线趋势近似土 水特征曲线。三种土体的导热系数均随温度的增加近似线性增加,但增加幅度仅为10^-3级别,可忽略其影响。     

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。     

循环温度荷载作用下饱和黏土的体积变形特性

采用温控三轴仪,研究了排水条件下温度循环引起的饱和黏土体积变化特性。试验结果表明,温度循环会使得土体产生不可恢复的体积变形,塑性体积应变的大小随温度循环周数的增加而增加,并逐渐趋于稳定值;若将经历过温度循环的土样重新加载到新的正常固结状态,后续温度循环中产生的塑性体积应变量值及发展规律与初始循环下的类似;同等温度增量下,体积应变的大小主要受超固结比OCR的影响,与应力水平无关。OCR越大,体积应变越小,随温度循环周数稳定的也越快。基于广义塑性理论,给出了热-力耦合作用下土体体积应变的计算模型。模型中考虑了温度塑性应变对屈服应力的硬化作用,根据屈服应力与前期固结应力之间的差异间接体现温度历史的影响,进而合理地模拟体积应变随温度循环周数的累积规律。利用所建立的模型对本文试验和文献中的数据进行了模拟,验证了模型的可靠性。     

复合填料热传导过程数值模拟

复合填料由废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥和水按一定质量比例混合制成,具有低导热性、抗冻胀和轻质特性。根据热阻力法则和比等效导热系数相等法则,将材料视为由大量正方形单元体组成,其中心为一个球形EPS颗粒,这种单元体与总体的导热系数相等。运用AN SY S软件对复合填料单元体的传热过程进行了有限元模拟,根据瞬态法导热系数测试原理,推求不同EPS掺入比情况下的复合填料导热系数,分析EPS颗粒与导热系数的关系,发现材料导热系数随着EPS掺入比的增加而快速降低。将材料导热系数数值模拟与实测结果作比较,发现有限元模拟值与实测值接近,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的模拟。     

考虑既有建筑最不利方向的抗震能力评估方法

主要研究在役结构的抗震性能评估方法。首先,在前人研究的基础上,给出了在役结构的力学模型;其次,通过对2次小震的动力时程分析,得出结构的最不利方向,并在此方向上利用三维分析程序CANNY 99,对结构进行Pushover分析,将得出的结构能力曲线与由实际地震波得到的需求谱叠合,求出结构性能点,进而评估结构的抗震性能。通过一算例具体说明该方法的应用步骤,并由程序输出结构在到达性能点时的梁柱破坏情况。本文从钢筋锈蚀和混凝土老化这两个方面考虑使用年限对结构的影响;同时,从结构的最不利方向对结构进行Pushover分析,考虑了结构在地震作用下柱子双向受弯的特点,更加符合实际情况。     

循环温度荷载下管式能量桩荷载传递机理研究

基于模型试验方法,开展加热(制冷)工作模式下,实心和管式能量桩的热响应测试研究;分析多次加热/制冷循环作用下两种能量桩的热力耦合特性,实测桩顶位移、桩身应变、以及桩侧摩阻力等变化规律,并对实际运行过程中实心和管式能量桩的承载特性进行初步讨论。研究结果表明,相同直径的管式能量桩换热效率高于实心能量桩,管式能量桩对加热循环的热响应要高于实心能量桩;多次循环后,能量桩桩顶产生塑性沉降、桩身产生微小的塑性应变,桩侧摩阻力值增加。     

普通硅酸盐混凝土高温性能劣化分析模型∗

混凝土材料的高温力学性能劣化规律是混凝土结构防火设计及灾后评估的重要依据。基于普通硅酸盐混凝土材料内部各组分在高温作用下的微观物理化学变化,研究了硬化水泥浆中水化物高温分解和骨料材料性能的劣化过程,揭示了混凝土在高温作用下宏观力学性能劣化的机理,建立了用于描述普通硅酸盐混凝土高温力学性能劣化规律的分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。利用FLAC3D软件中的FISH语言开发了相应的计算程序,并用于分析混凝土试块在不同温度和时间作用下材料抗压强度和弹性模量等随温度的劣化规律,与现有试验结果对比表明模型能够合理反映混凝土在高温作用下材料性能的劣化过程。