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.     

不同升温条件TN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。     

不均匀防火涂层对火灾条件下某简支钢梁温升和变形特性的影响

在钢结构抗火研究中通常假设构件表面防火涂料涂刷均匀、厚度一致.但实际上这些涂层由于多种原因厚度并不一致,不均匀防火涂层可能对钢构件的温升特性和结构抗火性能产生影响.基于已被证实的不均匀防火涂层厚度服从正态分布的假设,运用有限元软件ANSYS分析了某简支钢梁在标准温升火灾条件下的温升和变形特性,研究结果表明:钢梁轴向温度不再一致,并呈区域分布,横截面温度呈非对称分布;涂层的不均匀性对轴向变形影响较小,但对构件挠度影响较大.标准差越大,其温度和挠度的相对误差越大.     

基于ABAQUS的钢-混凝土组合桥抗火性能分析

采用ABAQUS有限元软件,选取ISO834和烃类HC火灾曲线,对钢-混凝土组合桥的抗火性能进行了分析,包括截面温度场和耐火极限分析。无防火保护的组合桥火灾下破坏准则为挠度和变形速率共同控制,HC和ISO 834两种火灾曲线下的耐火极限分别仅为5 .15 min 和13.95 min,钢梁下翼缘和腹板的临界温度为595 ℃。采取防火保护措施后,组合桥的截面温度明显降低,火灾下变形速率明显减小,破坏准则变为仅由挠度控制,因而达到耐火极限时的允许挠度更大,耐火极限明显增大。在喷涂厚度为20 mm 的防火涂料进行防火保护后,HC和ISO 834两种火灾下组合梁的耐火极限分别增大为92.8 min和121.5 min,即发生火灾后将有充足的时间留给消防人员灭火。     

钢构件非均匀温度分段方案对结构响应模拟精度的影响

局部火灾条件下的非均匀温度分布会通常会导致钢结构构件的非均匀温升并影响其安全性能,在进行结构火灾安全分析时通常需要将这种非均匀分布分段平均处理.本文利用结构分析软件数值模拟研究了温度分段平均处理方案对设定的非均匀温度分布的钢结构轴力、剪力、弯矩、挠度等力学参数的影响.研究结果表明:合适的温度分段平均处理可以比较准确地反映非均匀温度分布对这些参数的影响,为进一步的结构安全分析提供条件.本案例中将非均匀温度分布平均处理为20段就可以将相对误差控制在5%以内.     

考虑爆裂影响的钢筋混凝土梁火灾温度场数值分析

为了描述混凝土高温爆裂对构件热传导过程的影响,结合钢筋混凝土梁火灾试验,考虑爆裂时间和区域的不确定性,建立了火灾下钢筋混凝土梁数值分析模型,分析爆裂深度、爆裂面积比、爆裂位置等爆裂参数对梁跨中截面温度场的影响规律。研究结果表明:当钢筋混凝土梁发生受火爆裂,梁截面的温度显著升高,并随爆裂深度的增大而进一步增强;爆裂面积比对截面温度场影响不显著,当爆裂深度、爆裂位置一定,爆裂面积比增加达到13%左右时,截面温度场基本上不再变化;爆裂深度、爆裂面积比一定,梁跨中爆裂对截面温度场影响最大,但是底部纵筋处温度较顶部纵筋处温度升高较快。     

喷淋和排烟系统对地铁站台火灾的影响研究

采用火灾动力学软件FDS对沈阳某二层岛式地铁站站台火灾场景进行模拟,分析站台不同位置发生火灾以及由喷淋和排烟系统组合成不同工况时,站台内不同高度处温度、CO浓度和热辐射的变化,为地铁站防火措施和人员疏散方案提供参考。结果表明:不同位置发生火灾时,站台内的火灾烟气运动规律不同,端部火灾的影响范围较中部火灾的小;站台顶棚处的温度比2 m高度处的高,CO浓度比2 m高度处的大;距火源5 m内,顶棚的热通量比2 m高度处的低,但距火源5 m外,顶棚的热通量比2 m高度处的高。开启喷淋或排烟系统都可降低站台温度,喷淋系统主要降低火源周围温度,排烟系统可有效降低CO浓度并改善能见度;喷淋和排烟系统还可以降低火灾发生时站台顶棚处的热通量。     

火灾中既有地铁车站混凝土结构温度分布的变化

为了研究既有地铁车站发生火灾时,其混凝土主体结构中温度的变化情况,以某地铁站主体结构为对象,使用FLAC3D对该地铁站进行了模拟,构建了火源产生的除混凝土结构外的热对流和热辐射叠加温度场.根据温度不同材料性质不同的现象,在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确.模拟了从4℃到1000℃期间的3个设定位置火源使结构温度场的变化.结果表明:在定量角度,车站各部分温度变化与火源温度变化存在一定的数值关系;定性得到,结构越连续,空间刚度越大,热能在车站混凝土结构中传播越快,温度分布越均匀.对该地铁站提出了一些应重点防护的位置.     

火源位置对室内火灾的影响研究

为研究火源位置对室内火灾传热传质及烟气危害性的影响,利用火灾动力学模拟器构建室内火灾模型,并开展室内火灾模拟试验;设置3种不同火源位置场景,通过小尺寸火灾试验来验证数值模拟程序及参数,确保计算结果的合理性后,进行数值计算;探讨在3种场景下的速度场、温度场及烟气的剂量有效分数(FED)的变化。研究表明:水平方向上,室内火灾通过门对室外最大影响范围为房间水平长度的66. 7%;当火源位置处于房间地面几何中心时,从开始着火到烟气具有致死性所需的时间最长,比最短场景多21. 75%。     

火源位置对轻型门式刚架竖向位移的影响

为探究总火源功率相同时,两个火源相对位置变化对轻型门式刚架竖向位移的影响规律,采用经实验验证过的有限元方法对其进行瞬态非线性热-结构耦合数值模拟,研究了大功率火灾下单个火源、两个火源位置变化对门式刚架的温度分布以及竖向位移的影响.结果表明:保持火灾总功率30 MW不变时,在单一火源作用下火源位于跨中时刚架位移最大,在两...     

火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(II)：实际火灾环境计算

目前各国规范给出的计算火灾下有匀质防火保护的钢构件温度的公式都是基于标准火灾环境得到。标准火灾只包含升温段而实际火灾包括升温段和降温段。考察了将现有公式用于实际火灾环境计算的有效性。通过工况分析,考察了不同火灾、不同厚度、不同截面和不同防火涂料情形下的钢材温度。通过与有限元分析的结果比较,我国规范推荐的公式给出的钢材温度与有限元结果符合最好。研究同时表明欧洲规范中使用的避免升温早期负钢材温度增量的方法,即升温段当计算得到的钢材温度为负值时取增量为0,会引起最高钢材温度和降温段钢材温度的偏高,不适用于实际火灾环境计算。综合而言,我国规范最适用于实际火灾环境计算。     

非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力研究

为研究非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力,在合理采用钢材和混凝土本构关系的前提下,基于ABAQUS建立了火灾后钢管混凝土柱相继热力耦合分析模型,并依据试验数据验证模型有效性。在此基础上进行了单面、相对两面受火状态下方形钢管混凝土短柱的轴压工作机理分析和参数分析,结果表明:受火方式对构件温度场及受力机理影响较大;受火时间、截面边长、防火保护层厚度是构件非均匀受火后剩余承载力的主要影响参数。在工程常用范围内,回归了两种受火方式下方钢管轴压短柱剩余承载力影响系数计算公式,可为该类构件在火灾后的修复提供参考。     

隧道内偏置火源顶棚近壁面温度边界层效应研究

基于隧道火灾不同横向火源位置的非对称卷吸影响,通过模拟计算分析了中心火源和偏置火源产生的烟气沿纵向最大温升变化规律,研究了顶棚下方近壁面区域内的不同温度分布,提出偏置火源纵向空间最大顶棚温升公式。结果表明:在壁面黏性作用下,沿纵向蔓延的烟气最高温度在顶棚下方呈现“温度边界层”分布;随着火源位置的偏移,下游出现偏置距离起主导作用影响温度衰减的区域,衰减速度相较于中心火源逐渐降低;火源下游近壁面最高温度位置逐渐远离顶棚后趋于稳定。研究结果对于排烟方式的设计以及空间通风效果的提升有着重要意义。     

截面温度非均匀的防火装饰一体化钢梁的抗火性能分析

基于ANSYS软件建立了细石混凝土半填充、细石混凝土全填充和加气混凝土砌块填充三种防火构造的分析模型,探究了截面温度非均匀分布对防火装饰一体化钢梁的温度场和剩余承载力的影响,分析了钢梁上下翼缘及腹板参数对构件抗火性能的影响。结果表明,翼缘宽度的增大会明显降低钢梁的剩余承载力,翼缘厚度的增加会导致钢梁承载力略有下降,钢梁高度的变化对剩余承载力影响不大。给出了防火装饰一体化钢梁剩余承载力的简化计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合情况较好。     

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。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。