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.     

建筑火灾升温条件下电缆耐火性能测试方法

为测试电缆在火灾充分发展阶段的耐火性能,首先从受火条件、判定方法、耐火时间和样品安装等方面,提出建筑火灾升温条件下电缆耐火性能测试方法(简称新测试方法,包括新方法A和新方法B);然后搭建建筑火灾升温条件下电缆耐火性能测试平台,采用传统电缆耐火性能测试方法和2种新测试方法分别测试21根电缆的耐火性能,并加以对比。结果表明：与传统电缆耐火性能测试方法相比,新测试方法能有效区分电缆耐火时间长短,而且可同时测试1～12根电缆的耐火性能,提高了测试效率。9根电缆2次耐火试验的耐火时间基本接近,新测试方法测试电缆耐火性能的重现性好。     

室内火灾升温速率的试验研究

在大量试验数据的基础上,通过分析室内火灾热烟气层温度的变化,研究了热烟气层的升温速率与内衬材料的热惯性、开口的通风因子、燃料面积及热烟气层温度本身等因素的关系,并对研究结果在实际消防工作中的应用进行了初步探讨。     

火灾影响下储罐热后屈曲行为分析

研究了火灾影响下立式钢制储罐的热后屈曲行为。基于固体双层火焰模型,首先利用有限元分析软件Abaqus计算目标储罐的温度场分布,然后将温度场作为结构分析中的热载荷,通过人工阻尼法求解储罐的热后屈曲行为。在不同的环境因素下,根据罐壁径向位移幅度与壁厚的比值来判别热后屈曲行为对罐体造成的破坏,同时利用耐火时间来判断不同因素对热后屈曲行为的影响。结果表明,罐体的变形程度与风速和源罐直径成正比,与储罐间距成反比。储罐合理的排列布置,能够增大储罐的耐火时间,并且提高最低临界屈曲温度,防止热后屈曲行为的发生。该研究对于避免火灾险情的升级和扩大,防治罐区多米诺效应具有指导作用。     

性能化防火设计中的火灾危险源分析及设定火灾

火灾危险源分析和设定火灾是进行性能化防火设计的基础也是一个十分重要的环节。客观地对火灾危险源进行辨识与分析,准确地设定火灾并选取合适的火灾热释放速率随时间变化的曲线,才能使得整个性能化防火设计达到预期的目标。通过结合实例介绍了危险源分析经常遇到的两种情况和典型的四种设定火灾类型,以及它们各自的分析计算方法。     

CFRP用于火灾后钢筋混凝土梁抗弯加固的试验研究及有限元分析

笔者结合对结构火灾损伤的分析 ,采用有限元分析软件ANSYS对火灾后CFRP加固钢筋混凝土梁荷载与应变、挠度的关系进行了数值分析 ,并与试验结果进行了比较 ,吻合良好。加固后的混凝土梁在钢筋屈服后 ,仍然有一定的荷载容量。这种荷载承受能力可一直持续到结构破坏 ,这主要是碳纤维布在后期发挥的作用 ,用碳纤维布加固受火后的混凝土梁 ,能明显地提高梁的极限承载力 ,在钢筋屈服后对梁的刚度有较大幅度的提高。在挠度的计算中 ,在钢筋屈服后 ,有限元模型由于混凝土的裂缝快速发展 ,刚度下降很大 ,所以挠度在相同荷载下 ,稍大于试验值。这与笔者提出的扰度简化计算公式的计算结果与试验数据十分吻合。用ANSYS对CFRP加固梁进行分析能够达到比较精确的理论分析结果。     

煤的受热升温过程及厚度与粒度的影响

为了解煤在中等温度(150～400℃)下氧化的特点,对贫煤和褐煤进行了系列恒温加热.重点考察在超过加热温度后煤的升温速率,以分析其氧化放热反应的特点.不同条件实验中,贫煤的升温速率曲线都在相同的一些温度点附近出现峰值;褐煤也有相同的规律.这表明在特定温度附近氧化反应加强是由煤自身的特性决定的.另一方面煤样的厚度越小、粒度越大都使得升温速率数值增大,说明厚度小、粒度大有利于氧气的输运,而导致氧化反应加快.     

森林自燃火灾中的凋落物辐射升温特性研究——以岳麓山为例

为研究森林火灾的凋落物辐射升温特性,设计一套森林凋落物温升速率测定实验装置,从岳麓山采样并通过辐射加热实验观察凋落层内部各点温升状况,采用红外热像仪辅助拍摄着火过程。分析处理7组不同月份的实验数据,获得森林凋落物的温时曲线、温度关联曲线,并建立温升速率关于含水率与表观密度的关联方程。研究表明:温升初期横向温升速率高于纵向温升速率,着火时刻附近纵向温升速率快于横向;岳麓山森林凋落物着火温度区间为340～350℃,在本实验条件下平均着火时间为420 s;各测点温升规律一致,热源基点处达到着火点时的周围温度在200℃左右。     

设计火灾时火灾热释放速率曲线的确定

在运用火灾计算机模型进行建筑物性能化消防设计与评估时，确定合理、切合实际的火灾的热释放速率曲线非常重要。基于当前国内外的研究现状，本提出了几种符合当前技术水平且实用的确定火灾热释放速率曲线的方法，对于每种分析计算方法及其适用条件进行了详细阐述，并给出了相关的计算实例。     

火灾场景设计与火灾危险度分析在火灾性能化设计危险源辨识中的应用

通过介绍设定火灾场景,计算热释放速率,使用火灾危险度的概念对建筑火灾的危险性进行综合评价等方法,探讨了在性能化防火设计中的危险源辨识问题。给出了一个对某航站楼进行面向性能化设计的火灾危险评估的工程算例。     

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。     

温升速率对某防火保护简支钢梁耐火时间的影响

在钢结构抗火研究中通常基于标准温升曲线分析钢构件的火灾响应特性,采用更接近实际火灾场景的BFD自然温升曲线,运用有限元分析软件ANSYS研究了不同火灾温升速率对某防火保护简支钢梁耐火时间的影响,并与经验公式法进行比较。结果表明:有限元分析结果与经验公式法的计算结果基本一致;不同温升速率会导致钢梁温度场变化的差异性,进而影响钢梁的耐火时间;在快速温升时,荷载大小对钢梁耐火时间的影响较大;当荷载较大时,钢梁耐火温度降低,快速温升下钢梁耐火时间较短。     

钢筋混凝土梁在火侵袭下的反应分析

结构物在大火侵袭下，结构内部温度和结构挠度、内力将随时间发生不断变化，这种变化极为复杂。本文在试验研究的基础上，采用非线性有限元法，着重研究钢筋混凝土梁在火侵袭作用下其温度和挠度的反应，提出了一种理论分析方法，编制了计算机程序，对钢筋混凝土梁的温度、挠度和内力的反应进行了计算，并得到试验结果的验证。     

劲柔索张拉穹顶抗火反应非线性有限元分析

劲柔索张拉穹顶结构抗火工程是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 ,采用有限元双重非线性方法进行结构的整体和局部抗火反应静力分析 ,求得直到倒塌时的结构抗火全过程响应 ,并确定结构的临界温度状态和整体结构的抗火时间极限 ,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。     

自燃煤矸石山温度场的有限元分析

建立自燃煤矸石山中任意点的瞬态温度场控制方程;在假定矸石山不存在内部对流换热的条件下,对矸石山模型的初始、边界条件进行了确定和求解;在耗氧量原理基础上通过实验近似得出了其内部热源强度;并推导出了自燃煤矸石山瞬态温度场的有限元数学模型。在瞬态温度场的有限元模型和相关初始、边界条件基础上,应用ANSYS软件中的8节点6面体等参元对此30m(底半径)×30m(高)自燃煤矸石山模型进行单元划分,得到527个单元、2029个节点,并进行了相关模拟计算。对计算出的温度作了相应的误差分析,得出该有限元数学模型的精度比较可靠;并在模拟计算结果的基础上进行了相关的温度场分析。     

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.     

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。     

基于不同风速下火旋风的数值计算及特性分析

基于大涡模拟(LES)技术,对不同风速下的火旋风进行数值模拟。运用最小二乘拟合方法研究不同风速下火旋风的中心漂移角速度的变化,其结果表明:随着风速的增加,中心漂移角速度的变化规律遵循某3次方多项式变化趋势,发现存在某一临界风速(3.18m/s)对火旋风中心漂移角速度的变化速率有较大影响。同时,对热量释放率及火焰温度场进行分析,认为随风速的增加,热量释放率逐渐增加且波动逐渐减小,火焰温度场分布梯度逐渐增加,高温区分布呈现连续纺锤面分布形式。     

西安电视塔改造项目结构有限元分析

西安电视塔的装修改造,要求在塔楼、塔座增设部分钢梁、钢柱,而工程结构由于使用不当或任意改建引起的事故经常发生。为了保证结构的安全,为可靠性鉴定提供参考依据,并指导改造设计的实施,依据现行设计规范,采用多质点悬臂梁体系,用数值方法对西安电视塔主体结构进行了静力响应分析、反应谱分析,并考虑了二阶效应对结构的影响,得到内力结果。当考虑日照作用分析时,采用三维实体单元模型,计算温度变形,并考虑二阶效应对结构的影响。