火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(Ⅰ):理论与公式

介绍了火灾下有匀质防火层保护的钢构件温度计算的一维传热模型。给出了求解该模型的相关边界条件和假定,并给出求解该一维传热模型在不同边界条件下的解。通过分析三种典型防火材料保护下、截面系数不同的三种截面的升温,比较了由我国规范CECS200、欧洲规范、欧钢协标准、美国规范及其他学者推荐的方法得到的结果,并对照有限元结果,考察了不同计算方法的有效性。结果表明,CECS200与国外规范给出的结果符合良好且略微偏高。通过计算典型截面在不同耐火极限要求下的最小保护层厚度,比较了各国规范的设计结果。结果显示,由不同规范推荐的公式计算得到的最小保护层厚度相差不大。CECS200计算的最小保护层厚度与国外规范一致,与欧洲规范得到的结果基本相同。研究表明,在标准火灾环境中我国规范给出的方法合理有效且形式简单便于工程运用。     

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。     

钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价

综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的参数,利用数值模拟程序分析火灾高温下钢筋混凝土矩形截面梁的温度分布,研究了保护层厚度对ISO 834标准火灾升温过程中钢筋混凝土矩形截面梁极限弯矩的时变效应规律.在此基础上,建立了钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价模型,提供了相应的计算方法,分析了不同温度下钢筋和混凝土的弹性模量损伤度及强度损伤度,对火灾高温下不同时间钢筋混凝土梁桥安全指标实现了量化归类.结果表明:在火灾高温作用下混凝土弹性模量比其相应强度更容易损伤,损伤速率大;火灾时间和保护层厚度对钢筋混凝土梁极限弯矩和安全等级有较大影响;火灾高温超过40 min后,梁的极限弯矩直线下降,100 min左右,可达严重损伤;钢筋混凝土梁极限弯矩随保护层厚度的增加呈线性递增关系;提高混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁的耐火极限和安全等级.     

火灾下钢管混凝土柱的耐火极限有限元分析

为研究将轻骨料混凝土作为防火保护层对钢管混凝土柱耐火极限的影响以及保护层厚度实用计算方法,采用有限元方法确定高温下钢管混凝土柱的温度场,通过ABAQUS有限元软件建立钢管混凝土柱的耐火极限模型,分析各参数对构件耐火极限的影响程度,基于数值模拟计算结果,给出在火灾下钢管混凝土柱在工程常用范围内的抗火实用计算公式,将计算结...     

传热子模型对火灾网络模型的求解精度与速度的影响研究

分析半无限大物体的传热过程,提出线性化的传热计算方法并编制了计算子程序,将子程序嵌入传热子模型为有限厚墙体的《高层建筑火灾烟流运动特性预测软件》,利用实例分析比较了两种传热计算方法对火灾网络模型求解精度和求解速度的影响。计算结果表明对3个节点的简单建筑,半无限大传热子模型与有限厚模型的室温计算最大偏差不超过5%,而计算机耗时约减少了1/3。该研究的结论对《高层建筑火灾烟流运动特性预测软件》的进一步完善和成熟及其市场化具有重要的推动作用。     

预应力预制叠合楼板耐火性能参数分析

在合理选择混凝土和预应力筋材料的热工参数、高温力学参数的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS建立底面受火的预应力预制叠合楼板的高温热力学模型,计算结果得到已有试验结果的验证。对影响预应力预制叠合楼板高温力学性能的各参数进行有限元分析,结果表明:荷载水平和耐火保护层厚度对叠合楼板耐火性能的影响显著,混凝土强度、预应力筋截面配筋率等参数对叠合楼板的耐火性能影响较小,可以忽略不计;耐火保护层厚度一定时,叠合楼板的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,叠合楼板的耐火极限随耐火保护层厚度的增加呈非线性提高。在ISO-834标准火灾作用下,叠合楼板跨中挠度变化率速率大于L2/(9000d)可作为其达到耐火极限的判别标准。选取荷载水平、混凝土保护层厚度两个重要影响参数进行分析,提出了叠合楼板的耐火极限取值建议,为预应力预制叠合楼板的抗火设计提供技术参考。     

扬沸火灾发生时间预测模型的建立与应用分析

原油储罐扬沸火灾由池火灾发展而成,是一种危害性极大的事故.准确预测扬沸事故发生的时间,是扬沸机理研究中的难题之一.现有扬沸时间计算的通用模型由于没有考虑油品的粘性作用,计算结果误差较大.把扬沸火灾简化为无内热源的非稳态传热问题,在此基础上进行传热分析,进而推导出扬沸事故时间计算模型.设定了6组不同尺寸和不同充装水平的原油储罐池火灾,利用推导模型计算出了相应的扬沸事故发生时间.将计算结果与通用模型计算结果以及实验结果进行对比:该模型的准确性由于通用模型,计算结果与实验值误差较小,较为合理.研究结果对于扬沸火灾事故下消防人员的灭火救援的安全保障具有重要意义.     

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。     

建筑火灾场模拟计算中的求解区域的确定——建筑防火性能化设计的若干问题探讨

建筑火灾的计算机模拟是建筑防火性能化设计的重要组成部分,场模拟是建筑火灾计算机模拟的主要方法之一。在建筑火灾计算机模拟过程中求解区域的取法将直接影响计算结果的合理性,求解区域的选择涉及边界条件的处理,本文通过对求解区域选取的举例说明和探讨,以求科学地认识和理解其在火灾计算机模拟过程中的重要性。     

钢筋混凝土构件的最小隔火厚度

为了正确评估钢筋混凝土构件在实际火灾中的隔火作用,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为升温曲线,以热传导理论为基础,以钢筋混凝土隔火构件的背火面的最高温度恰好达到220℃为判定准则,用数值计算方法给出钢筋混凝土隔火构件的最小厚度,并用最小二乘法导出其计算公式.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,最小隔火厚度越大;反之越小.该文所给最小厚度可用于钢筋混凝土分隔构件的性能化耐火设计与评估:当火灾荷载密度较大,开口因子较小时加大构件的厚度以获得安全性,反之,减小厚度以获得经济性.     

钢管混凝土柱温度场简化计算方法

钢管混凝土柱是建筑承重结构的重要组成部分,其耐火极限研究尤为重要。温度场计算作为抗火研究的基础,在保证精确度的前提下要做到简单实用,为高效的抗火设计提供有利条件。通过有限元软件ABAQUS模拟构件温度场,分析80种不同工况下圆、方形构件温度场分布特点,并考虑钢管厚度、截面尺寸等因素,提出了钢管及混凝土温度简化计算公式。通过试验数据、模拟数据对公式进行调校验证,结果表明计算精度满足工程设计要求。     

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。     

Modelling breakdown of industrial thermal insulation during fire exposure

The aging of many of the installations in the oil and gas industry may increase the likelihood of loss of containment of flammable substances, which could lead to major accidents. Flame temperatures in a typical hydrocarbon fire may reach 1100–1200 °C, which are associated with heat flux levels between 250 and 350 kW/m². To limit or delay the escalation of an initial fire, passive fire protection (PFP) can be an effective barrier. Additionally, both equipment and piping may require thermal insulation for heat or cold conservation. Previous studies have investigated whether thermal insulation alone may protect the equipment for a required time period, e.g., until adequate depressurization is achieved. The present study entails the development of a numerical model for predicting the heat transport through a multi-layer wall of a distillation column exposed to fire. The outer surface is covered by stainless-steel weather protective cladding, followed by PFP, thermal insulation, and finally an inner column of carbon steel of variable thicknesses. The model for the breakdown of thermal insulation is based on observed dimensional changes and independent measurements of the thermal conductivity of the insulation after heat treatment. The calculated temperature profiles of thermally insulated carbon steel during fire exposure are compared to fire test results for carbon steel with thicknesses of 16, 12, 6 and 3 mm. The model's predictions agree reasonably well with the experiments. The degradation of the thermal insulation at temperatures above 1100 °C limits its applicability as fire protection, especially for low carbon-steel thickness. However, the model predicts that adding a 10-mm layer of more heat-resistant insulation (PFP) inside the fire-exposed cladding may considerably extend the time to breakdown of the thermal insulation.     

步行街在城市地下综合体中防火分隔的应用

城市地下综合体在大型城市中迅猛发展,而现行防火规范中对其商业部分防火分隔的要求难以满足设计需求。结合城市地下综合体的建筑特点,提出将采取加强消防设计的步行街作为防火分隔的措施,以某城市地下综合体为例,通过理论分析与数值模拟的方法,证明了该防火分隔方案能够达到现行防火规范要求的分隔效果。     

中外消防基础类标准比较研究

为明确我国消防综合类标准的发展方向,分别从消防术语标准、消防基础分类标准和消防标识标准3个方面对我国和国际消防标准化组织、美国消防标准研究机构和协会发布的消防基础标准共29项进行了比较研究。结果表明,我国消防术语标准化程度较高,但术语标准体系构成方式不合理;我国的火灾分类标准与国际标准和欧盟标准一致性程度较高;我国消防标识标准化程度不及美国,而且部分标准发布年代较早,已不能满足当前消防工作的需要。因此,建议对我国消防基础术语和专业术语标准进行整合和修订,且采用唯一标准编号的系列标准构成方式;建议参考美国标准修订消防标识类标准,增加的必要的消防安全标识,补充新型消防设备和设施的标识。     

大型火力发电厂气体消防系统设计探讨

鉴于我国目前还未颁布烟烙尽 (INERGEN)和七氟丙烷 (FM - 2 0 0 )灭火系统设计规范 ,通过对大型火力发电厂气体消防系统进行分析 ,建议气体灭火系统设计中应做到 :有人值守的防护区域采用INERGEN或FM- 2 0 0灭火系统 ,防护区控制在 7个以内 ,不考虑备用量 ,减少其存储容积 ;无人值守的防护区域采用低压CO2 灭火系统 ,防止其较高灭火浓度对人体造成伤害。采用该设计方案可大大提高消防安全性和降低工程造价