钢网壳抗火非线性有限元分析

通过两种方式研究钢网壳的抗火性能,其一是对火的分析及单个构件的抗火力学性能分析;其二是对钢网壳结构进行抗火分析,以结构具有一定的抗火时间为标准,通过模拟预测实际火灾特性和结构的非线性有限元分析,求得直到倒塌时的结构抗火全过程响应,从而确定结构的抗火性能及临界温度。并通过一个实际的算例进行了结构的倒塌分析,得到了一些结论,从而对其实际抗火能力有一个理性的了解和认识,为经济、科学的结构综合防火设计提供理论依据。     

火灾演化、整体火安全和火灾蔓延

本在介绍了自然火灾演化过程及关荷载如何确定后,对建筑整体火安全概念进行了讨论,包括火灾时居民和消防人员的安全性、自然抗火时间、结构火安全设计和财产损失。对结构破坏后的火蔓延计算及标准热荷载的应用也进行了讨论和介绍。     

钢结构暨空间结构的抗火设计综述

钢结构暨空间结构是目前建筑结构的重要发展方向之一。因钢材对高温的敏感性 ,其防火、抗火性能的研究应是设计时考虑的重要因素。笔者简述了抗火与防火的概念及其区别 ;评估了国内外关于抗火设计的基本方法及优缺点 ;重点对整体结构有限元非线性抗火反应全过程分析方法进行了讨论。通过选择科学的抗火设计方法 ,将为经济、适用的防火设计提供重要的依据     

基于随机有限元可靠度的RC结构抗火设计参数优化方法

本文较详细地分析了各设计参数对RC结构抗火能力的影响。在已知结构抗火功能函数的基础上利用随机有限元可靠度的计算方法分析各参数对结构抗火能力的敏感性,根据各参数敏感性的不同,在设计时有意识地对该参数作一些较小的变动,结构的可靠度会明显的增加从而提高了结构的抗火能力。为RC结构抗火设计提供了一种参数优化的方法。     

建筑结构抗火设计综述

阐述了建筑火灾的危害性,揭示目前我国结构抗火设计的缺点,提出基于计算的结构抗火设计方法,并指明了结构抗火设计方法有待进一步研究的问题。     

大气扰动下封闭火区瓦斯波动特性分析

为预防火区封闭导致的瓦斯爆炸事故,以大型地下矿井为研究对象,根据矿井内瓦斯涌出量和矿井结构特点,建立气压波动、封闭火区漏风量、封闭火区瓦斯体积分数预测模型;研究火区内侧瓦斯体积分数因大气扰动在压差、火区体积、风阻、瓦斯涌出量和封闭时刻等多因素耦合影响的变化特征。结果表明:封闭火区内外压差因大气波动呈现周期变化,火区体积和瓦斯涌出量决定火区瓦斯体积分数;风阻是火区抗大气波动干扰关键因素,增加火区风阻,可缩短瓦斯体积分数通过爆炸极限时间;降低封闭火区体积,可缩短瓦斯爆炸时间。     

火灾后套筒灌浆料力学性能试验研究

为研究火灾对套筒灌浆料力学性能的影响,设计不同受火时间(60,90 min),不同静置时间(1,14 d)以及不同冷却方式(自然冷却、喷水冷却)试验,分析不同工况下的套筒灌浆料的抗折强度和抗压强度.结果表明:随着受火时间的增加,套筒灌浆料的抗折、抗压强度均逐渐降低,自然冷却后抗折强度残余率分别为11.3％、9.1％,抗...     

受火方式和防火层对梁柱全焊节点抗火性能影响分析

梁柱节点作为钢结构的重要组成部分,在火灾下极易遭到破坏。全焊节点具有较好的塑性变形能力,且抗震性能较好,在高烈度地震地区广泛应用。采用有限元法对梁柱全焊节点抗火性能进行数值模拟,研究不同受火方式下全焊节点的力学行为,揭示不同受火方式时梁柱各节点处温度变化规律,并对比分析有无防火层对全焊节点温度的影响规律。研究结果表明:不同受火方式对全焊节点温度影响较大。节点全部受火时节点各处温度变化曲线基本接近,结构各部位温差较小,整体处于高温状态;梁柱两面受火时受火面温度马上升高,远离受火位置的节点温度升高缓慢,节点各处温差较大。将节点全部受火与不受火进行对比发现,节点全部受火时节点各处应力明显大于不受火情况,温度升高使节点承载能力下降。在柱内壁和梁下侧施加防火层,升温最快的是防火层区域,且有防火层区域节点温度整体低于无防火层节点,对节点施加防火层可以有效降低整体结构升温。     

梁柱全焊接节点火灾响应特性分析

采用有限元法对梁柱全焊接节点在火灾下的热、结构响应进行模拟,分析了不同升温条件下全焊接节点的火灾行为,揭示了特定参数对全焊接节点的火灾响应特性,对比分析了全焊连接和栓焊连接节点的抗火性能。结果表明:具有不同升温速率的火灾曲线对全焊节点到达极限状态的时间有显著影响;全焊接节点加载的荷载比越大,节点到达极限状态的时间越短;带有加劲肋的全焊节点耐火时间略长于无加劲肋的节点;在相同升温条件下,全焊节点的耐火时间比栓焊节点的长,抗火临界温度略高于栓焊节点。可为钢结构全焊接节点的抗火设计提供技术参考。     

预应力连续梁桥火损后的应变监测及分析研究

以实际火损钢筋混凝土预应力连续铁路桥梁工程为依托背景,对该梁体发生火灾后45天内的应变进行了紧密监测。围绕其经火灾高温后的应变变化、力学性能变化等,对所测得的实际应变监测数据进行了详细分析,研究了该梁体火损后应变随时间的变化特性,得出了桥梁结构火损后应变随时间的变化规律以及力学性能的变化等结论。为后期进行桥梁检测评定与维修加固奠定了坚实的理论基础。     

水系灭火剂的灭火性能对比分析研究

水是扑救A类火灾最常用的灭火剂,但水也存在流动易损失等不足,通过改变水的物理及化学性能可以提高水的灭火效率.试验表明强化水灭火效果和抗燃效果均优于水,但优势有限且价格较高;润湿水灭火及抗燃趋势均不明显,但良好的润湿渗透作用使其在扑救塑料类等火灾中发挥出明显的优势;粘性水因提高了水的粘度,增加了固水和封堵作用使其在抗燃方面具有显著的优势,其中的无机硅凝胶对堆垛或自燃类火灾的防、灭火效果最好,但高分子水胶体会因添加量小、无腐蚀性等优点替代无机硅凝胶用于煤矿井下火灾的预防和控制.     

综合管廊电缆火灾窒息灭火试验与数值模拟研究

为研究综合管廊电缆火灾窒息灭火有效性,采用缩尺寸试验与数值模拟方式,研究不同线缆数量、线缆布置间距、线缆分层情况对窒息灭火时间的影响,以及火灾过程中线缆热释放速率、烟气高度、环境温度、CO体积浓度、O₂体积浓度等关键参数的变化,判定最佳防火门关闭时间与电缆火灾窒息灭火时间。研究结果表明：在密闭情况下,线缆数量越多,综合管廊电缆火灾窒息时间越短;对于相同线缆数量,在线缆按一定间距布置情况下,窒息时间更短;对于双层线缆布置,线缆按一定间距布置情况下的窒息时间反而更长;防火门关闭时间t_关为350 s时,可满足人员安全疏散需求;采用窒息灭火方式时,电缆火灾灭火时间t_灭约为1 620 s。研究结果可为地下管廊电缆灭火提供试验方法参考和数据支持。     

活性粉末混凝土双向拉压强度试验研究

活性粉末混凝土具有超高强度、高韧性、高耐久性及高温度适应性等特点,为一种新型的混凝土材料。通过科学的方法建立一套处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件(如受弯构件的弯剪段)的安全设计,双向拉压应力状态下的强度准则是必需的。采用15个“8”字形试件,选取了5个不同拉压应力比工况,进行了强度试验,其试验结果表明不同拉压应力比工况的试件,其破坏形态均为拉断型破坏;随着拉应力的增大,活性粉末混凝土的抗压强度随之减小。依据试验结果,建立了活性粉末混凝土双向拉压应力状态下的实用强度准则,对于处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件的安全设计具有较强的实用价值。     

膨胀型防火涂料对高压电力电缆引燃特性影响的实验研究

膨胀型防火涂料在电缆防火工程中有较广泛的应用,在使用过程中确保电缆涂料的效果与经济性具有重要意义。对喷涂不同厚度膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的高压电力电缆开展了在典型强度外加辐射热流条件的着火引燃实验,分析了电力电缆点燃时间、受热期间涂层对电缆外护套的保护与涂层受热后的形态变化。结果表明,电缆的着火行为与涂层厚度紧密相关。相比于未喷涂防火涂料的电缆,覆有膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的电缆在加热过程中明显膨胀,生成较软的泡沫状碳质层,且引燃时间较长,电缆起火后火势较弱。随着涂层厚度的增加,该涂料对电缆的阻燃和保护效果更为显著,研究结果表明,电缆表面喷涂1.0 mm厚度的防火涂料较为适宜。     

光纤Bragg光栅传感器实现斜拉桥索力实时监测的研究

民用工程结构的健康监测 ,日益引起人们的重视 ,光纤传感技术 ,尤其是光纤光栅传感技术 ,因其易构成高性能、低成本的传感器阵列 ,并在结构监测应用工程中 ,具有巨大的潜力。笔者介绍一种斜拉桥索力实时监测的新方法即光纤光栅法。将光纤光栅刚性粘贴于传感头外表面上 ,使传感头承受拉索的索力 ,通过对光纤光栅波长移动量 (Δλb)的解调 ,以测出索力的大小。通过实验结果与理论分析证明 ,该测试系统具有结构简单、测量范围大、稳定性和线性度好等特点 ,该监测系统既可用于斜拉桥施工阶段的索力测定 ,也可以用于在役斜拉桥结构的长期安全监测。     

辐射热流条件下多层电缆着火的数值模拟

通过CFD计算软件对锥形量热燃烧实验条件下的多层电缆着火性能进行数值模拟计算,对比相应CONE电缆燃烧实验结果,其计算结果表明所建立的电缆模型所得计算结果能够较好预测电缆着火时间。在此基础上,对护套层、绝缘层厚度、线芯层直径等参数对着火时间的影响进行了分析,发现护套层厚度对着火时间影响最大,线芯层对着火时间影响较小;当护套层及绝缘层厚度达到一定数值之后,电缆着火时间将不再发生变化。另外,因为电缆由多层热特性各异的材料组成,不能简单的划分为热薄材料或者热厚材料,但就所模拟电缆而言,其着火时间在不同的热辐射强度下分别表现出与热薄材料或者热厚材料相似的变化规律。     

开放与受限条件下电缆燃烧特性模拟对比研究

为对比研究开放与受限条件下的电缆火灾燃烧行为,采用CFD数值模拟软件建立了全尺寸电缆燃烧模型,同时考虑了不同间距对电缆燃烧特性的影响,并将开放与受限条件下的计算结果进行对比,分析了两种条件下电缆火灾中各工况的温度、O₂浓度。结果表明：开放条件下的电缆燃烧主要属于燃料控制型,而受限条件下的电缆燃烧主要属于先燃料控制型,后通风控制型。在开放条件下,氧气充足,燃烧更为充分,形成的火焰高度及温度更高,更容易引燃上方可燃物体;而在受限条件下,电缆火焰受到顶板限制形成的顶棚射流,会加强火焰对电缆的热辐射作用,有助于电缆燃烧。但由于侧壁的存在,电缆燃烧过程中的空气卷吸受到了一定的限制,由于通风不足,受限空间内的O₂浓度逐渐下降,电缆燃烧受到抑制,甚至熄灭,而随着空气的补充,电缆将可能出现复燃现象。此外,两种条件下电缆间距对燃烧的影响均较为明显,当间距较小时,燃烧电缆之间的影响显著,燃烧更为剧烈,而随着电缆间距增大,燃烧电缆间的相互热辐射减弱,更接近于单根电缆的独立燃烧,其中开放条件下相对更为明显。     

基于CONE和MCC的典型电缆燃烧性能研究

采用锥形量热仪和微燃烧量热仪对四类不同护套材料的八种电缆样品进行燃烧性能分析,研究结果表明：电缆燃烧热释放过程不仅与护套、绝缘的材料密切相关,也与电缆结构密不可分;对于护套材料相同而大小或结构不同的电缆点燃时间和到达第一个峰值的时间以及第一个峰值最大热释放速率基本一致;聚烯烃无机阻燃材料电缆能够有效降低热释放速率峰值,CO2、CO释放量也明显低于橡胶电缆、普通PVC电缆和阻燃PVC电缆;微燃烧量热仪和锥形量热仪实验数据存在一定的相关性,微燃烧量热仪实验数据可以对电缆锥形量热仪实验的第一燃烧阶段燃烧行为进行预测。     

聚氯乙烯电缆料老化前后的火灾危险性研究

利用微型燃烧量热计（MCC）、热重分析（TGA）、实时红外光谱（RTFTIR）以及热重-红外联用技术（TG-FT-IR）研究了PVC电缆料老化前后火灾危险性的变化。MCC结果表明,老化后的PVC的最大热释放速率增加了56.3%,总热释放量从10.6kJ/g增加到16.8kJ/g,点燃温度也由302℃提前到282℃。TG-FTIR和RTFTIR的分析结果显示,PVC的主要降解产物有水、碳氢化合物、二氧化碳和一氧化碳。PVC达到最大降解速率的温度约为240℃,与MCC、TG的结果相符合。PVC的裂解气体中包含CO2和CO,还有剧毒气体HCl。这些实验数据说明PVC材料在使用过程中火灾危险性加大,为老城区电气线路和设备的改造提供了理论依据和实验基础。     

圆拱形缺陷对砂岩力学特征影响的试验研究

为研究含圆拱形预制缺陷砂岩的力学特征,在板状黄砂岩试样内预制了不同α值的圆拱形缺陷。采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统和数字照相采集系统研究了不同圆拱形缺陷倾角α对黄砂岩力学特征和破坏模式的影响规律。研究结果表明:试样峰值强度、平均模量和割线模量随着α的增大呈先减小后增大再减小趋势,α=30°试样峰值强度和峰值应变均最小,α=75°试样峰值强度和应变均达到最大;预制圆拱形缺陷α对试样起裂应力、起裂位置和破坏模式均具有重要影响,随着α值的增大,试样起裂应力总体呈先减小后增大再减小趋势,当α=30°时,试样的平均起裂应力最小,其值为10.90 MPa;当α=75°时,试样的平均起裂应力最大,其值为18.91 MPa。