火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析

为了研究火灾下钢筋混凝土(RC)简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明：截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

大型建筑内部火灾温度场的数值模拟

利用CFD技术对在建筑火灾情况下，温度场的变化趋势进行数值模拟。针对大型建筑内部火灾温度场数值模拟特点，考虑建筑火灾中温度、烟气扩散以及尺度较大等因素，通过小尺度数值实验，在模型的效率性和准确性方面对不同模型加以比较、分析，选取带浮力修正的模型。同时，选用国际通用CFD计算软件FLUENT6．1针对某大型建筑内部火灾温度场进行数值模拟。并结合区域模拟软件CFAST对结果进行比较分析。表明CFD场模拟软件FLUENT6．1具有较高的可靠性，可针对大型工程项目进行分析模拟。     

高架仓库非稳态火灾温度场的数值模拟

通过计算流体软件FLUENT对高架仓库发生的火灾进行了研究,应用涡团耗散模型对机械排烟模式下仓库火灾烟气的特性进行了模拟,详细讨论了不同时刻系统不同截面的温度场分布。结果表明,易挥发物质的燃烧非常剧烈,在火灾发生的初期,系统温度的最大值发生在空气入口附近;持续燃烧2s后温度最大值发生在燃料储存罐周围。机械排烟设备的启动使大量高温烟气导流至室外,烟气出口温度较高。     

木材燃烧温度场数值模拟

木材是一种很重要的可燃物,在燃烧过程中产生的热辐射和烟气会对周围的环境造成重大的不利影响。应用数值模拟方法对木材燃烧产生的温度场进行研究,通过设置模拟参数,构建燃烧产生的温度场,设置了温度测点和温度切片,并将模拟结果通过二维和三维图表达出来。该项成果可为可燃物燃烧的研究提供一定的参考数据。     

钢筋混凝土叠合梁斜截面承载力数值模拟与影响因素分析

钢筋混凝土叠合梁的斜截面承载力,从理论上定量分析存在着较多困难,但数值模拟分析是一种直接有效的途径。笔者对33根尺寸、配筋相同,叠合参数及混凝土强度不同的无腹筋叠合梁和1根整浇对比梁用ABAQUS进行了非线性有限元数值模拟,并且分析了叠合参数以及混凝土强度对叠合梁斜截面承载力的影响,给出了斜截面承载力的计算公式。该分析结果表明,叠合梁的斜截面承载力是整浇梁的1.00~1.14倍。所获分析结果对于促进叠合梁斜截面理论的深入研究、指导叠合梁在工程中的合理设计以及类似的数值模拟分析均有一定的参考价值。     

可燃装修材料的燃烧温度场数值模拟分析

为研究室内可燃装修材料的耐高温及燃烧特性,该文用火灾动力学模拟软件Fire DynamicSimulator(FDS)对火灾实际场景的温度场进行数值模拟分析。对热释放速率曲线进行拟合分析,发现火灾发展初期是由一个慢速增长火和一个超快速增长火两个阶段组成。比较温度场的模拟结果与实际场景的燃烧图痕,得出火场温度的快速升高源于可燃材料的热释放速率和燃料消耗速率快速增加。同时分析了火场中一氧化碳、二氧化碳等有害气体的浓度与燃烧温度场的变化规律,为选择合适的室内装饰材料提供有效的数值参考。     

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。     

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。     

钢筋混凝土在火灾中的破坏机制分析

钢筋混凝土楼板由于材料退化和热膨胀的作用,在火灾条中的破坏机制与常温下有很大的区别,体现在应力分布、变形程度、局部破坏、极限承载力等方面.从数值分析的角度分析了钢筋混凝土楼板在火灾中的破坏机制,对爆裂防护位置提出了建议,并指出了过火结构健康检测时应注意的问题.     

火灾下钢筋混凝土板温度场分布

本文对足尺钢筋混凝土板进行了恒载下受火试验研究,通过试验,了解了钢筋混凝土板在受火过程中的温度分布规律;并与有限元分析结果进行了对照,结果吻合较好。全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉,试验结果表明炉子性能稳定、使用方便。     

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。     

火灾温度下钢筋混凝土板的非线性分析

本文利用一维非稳态差分方法分析了火灾温度作用时钢筋混凝土内部温度场分布，根据混凝土和钢筋在不同温度的本构关系及强度变化，对钢筋混凝土板进行了非线性分析，本文所得的温度场和荷载－挠度曲线计算结果与试验结果吻合较好。     

在役钢筋混凝土梁斜截面抗剪可靠度评估方法

在役钢筋混凝土梁斜截面抗剪可靠性是迫切需要研究的问题。本文在分析锈蚀钢筋混凝土梁力学性能研究成果的基础上,建立了在役钢筋混凝土梁抗剪承载力的计算公式;针对在役构件具备实测资料的情况,将抗力和荷载进行随机变量处理,提出了评估在役钢筋混凝土梁斜截面抗剪可靠度的方法,并进行了实例分析和计算。     

异形阻燃木-混凝土组合梁耐火特性实验*

为提高纯木梁的耐火性能,提出异形阻燃木-混凝土组合梁提高耐火性能的方法。通过实验研究对比Π形、T形的异形阻燃木-混凝土组合梁与全混凝土梁受火特性和剩余承载力。研究结果表明:3面受火后,异形阻燃木-混凝土组合梁上部多数区域未达强度降低起始温度,全混凝土梁均超过强度降低起始温度,且受火温度远远高于木-混凝土组合梁;T形阻燃木-混凝土组合梁试件剩余承载力最大,耐火能力最强,Π形阻燃木-混凝土组合梁次之,全混凝土梁最差;异形阻燃木-混凝土组合梁受火后损坏情况轻于全混凝土梁,但产烟量大于全混凝土梁。     

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.     

温度交变下液态乙烷回气管线热应力数值计算与现场测试

为解决低温交变载荷下液态乙烷回气管线面临的安全问题,采用有限元法和现场试验研究管线在低温交变载荷下无裂纹和含轴向裂纹管线的热应力分布.结果表明:管内温度沿周向和轴向分布具有较大的不均匀性,内外壁温度分布趋势基本相似;随着计算时间的延长,管线整体热应力先增大再减小;卸压、温度回升过程中,管内温差逐渐减小,热应力逐渐减小;...     

近断层地震作用下考虑温度和碰撞效应的曲线梁桥地震响应分析

为探究大温差地区曲线梁桥在近断层脉冲型地震动作用下的地震响应和碰撞效应,以西北大温差地区某曲线连续梁桥为工程实例,建立全桥非线性有限元模型并考虑变温作用对支座刚度的影响;分别以桥墩内力、支座位移和邻梁碰撞效应为指标研究曲线梁桥在近断层脉冲型地震动作用下的地震反应特性。结果表明:温度越低,地震波作用于结构的内力响应越大;曲线梁桥在地震动作用下邻梁间碰撞为面-面碰撞,且温度越高,碰撞效应越强;高阻尼橡胶支座在低温下体现出较强的耗能能力,在大温差地区的桥梁抗震设计中可作为参考;近断层脉冲地震动相较于远场地震动,结构地震响应更大,对结构的破环性更强,故在近断层地区的桥梁抗震设计中应予以重视。     

富水红砂岩地层隧道联络通道冻结温度场分布规律及其敏感性分析*

为了明确富水红砂岩地层中冻结温度场的影响因素,研究温度场的发展和分布规律,以兰州地铁2号线定西路站到五里铺站之间的隧道联络通道为研究背景,建立三维瞬态温度场有限元模型对冻结加固过程进行模拟,通过数值模拟和实测数据对比验证模型的准确性进而分析土体密度、导热系数、比热容的变化对温度场发展的影响。通过灰色关联分析法,得到各土体参数对温度场发展的影响程度。研究结果表明:冻结孔越密集,形成的冻结帷幕越厚,冻结壁温度越低;随着导热系数增大,形成的冻结壁温度降低,随着土体密度和比热容增大,形成的冻结壁温度升高;影响温度场温度的各参数灰色关联度排序为:比热容>密度>导热系数;当各参数分别增大30%时,温度场温度变化程度排序为:密度>导热系数>比热容。研究结果可为类似地质冻结工程的设计施工及土体改良提供参考依据。