隧道纵向通风对火灾规模和火灾蔓延的影响

隧道纵向通风一方面会给火源提供大量氧气,扩大火灾规模,增加火灾蔓延的可能性;另一方面又可以带走大量热量,减小火灾蔓延的可能性。目前,这两方面影响的相对重要性还没有被很好地研究。本文对纵向通风对隧道火灾蔓延的影响进行了研究,首先分析了纵向通风对隧道火灾规模的影响,然后利用火灾动力学模拟程序FDS,对不同通风速率及相应火灾规模条件下隧道内车辆间的火灾蔓延进行了数值模拟,得出了不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并提出了控制隧道火灾蔓延的措施。结果表明,增加通风速率能较大地增加货车火灾的热释放速率,当通风速率小于2 m/s时,火灾蔓延的距离随通风速率的增加而增大,当通风速率大于2 m/s时,火灾蔓延的距离受通风速率的影响很小;对于客车火灾,通风对火灾的热释放速率影响较小,并且火灾蔓延的距离随通风速率的增大而减小。     

火源和壁面材料对轰燃影响的数值模拟

轰燃是建筑火灾中一类特殊的火灾现象，其引起的危害是巨大的。有很多因素会影响轰燃的产生，在这些因素中，火源类型大小及壁面参数等对轰燃发生时的热烟气温度和热释放速率有重要的影响．本文利用区域模拟方法计算了这些因素的影响情况．计算结果表明，火源对火灾的蔓延影响十分显著；墙壁材料可燃的难易程度会大大改变轰燃发生的时间．     

大空间建筑火灾中钢梁的温升

大空间建筑火灾中,钢构件与火焰距离较近时需要考虑火焰直接热辐射对钢构件温升的影响。为了探究数值模拟中最合适的火焰辐射模型,运用ANSYS分别建立点火焰、圆锥体火焰和圆柱体火焰辐射模型,模拟考虑火焰热辐射的钢梁在大空间建筑火灾中的温升。并结合点火焰辐射理论及空气与钢构件的热对流和热辐射理论,获得钢构件大空间建筑火灾中的温升公式。运用MATLAB软件对该理论公式进行迭代运算,得到钢梁随时间变化的温度值。对比数值模拟结果与理论结果,发现用ANSYS模拟钢梁在大空间建筑火灾下的温升时,圆柱体火焰热辐射模型下的钢梁温升值与理论结果最接近。     

热释放速率设定方式的几点讨论

如何结合给定的火灾场景合理地设定热释放速率的变化规律是火灾危险分析中的一个题.对现有的设定火灾热释放速率的方法进行了分析,在前人研究的基础上完善了分段平均方法和分段线性方法,并通过两个实例说明如何应用现有的方法来合理地设定出火灾热释放速率曲线,为今后火灾热释放速率曲线设定工作的发展提供了一条思路.     

火源位置对凹型砖木结构古建筑火蔓延特性影响研究∗

为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用 Pyrosim 软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和 CO、CO₂浓度动态分布情况等。结果表明：不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达 240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值 1 000 ℃,CO、CO₂浓度亦均达最值,且在垂直高度 1.67 m 处能见度下降速率达到峰值,人员需在 2 min 内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。     

基于节点删除法的村寨建筑群火灾蔓延危险建筑确定∗

在火灾蔓延分析的基础上,采取低干预的建筑改造措施对村寨建筑群的火灾蔓延防控具有重要意义。通过对建筑间火灾蔓延路径的判定,建立建筑群火灾蔓延网络的邻接矩阵和蔓延矩阵以确定火灾蔓延风险,进一步结合节点删除法确定改造不同建筑后建筑群的火灾蔓延风险下降率,在此基础上分析了建筑改造的优先级序列并确定了危险建筑。最后将该方法应用于云南某杆栏式村寨建筑群火灾蔓延危险建筑的确定,结果表明：该方法可以有效找出建筑群中对火灾蔓延影响大的危险建筑,且在仅改造少量建筑的情况下,建筑群的火灾蔓延风险便能有可观的下降。     

建筑物地震次生火灾的贝叶斯网络推理模型研究

为了研究地震过程中建筑物内部燃气管道泄漏后引发次生火灾的演化路径,通过对地震次生火灾蔓延过程的分析,构建了反映城市地震燃气泄漏次生火灾发展各阶段中间原因事件之间依赖关系的贝叶斯网络,确定了节点变量及其状态取值范围。通过对国内外地震灾害记录和专家经验判断结论的分析,给出了贝叶斯网络结构中各节点变量的条件概率。依据贝叶斯网络推理方法,比较了地震特征及建筑属性相同条件下,消防力量扑救、地下供水管网老损等节点变量取值不同时,地震次生火灾的发生、失控以及蔓延的后验概率。推理结果表明,扑救行动的及时与有效性对地震火灾灾害的发生概率影响显著,灾害现场的环境风速、建筑物间的防火距离等因素对火灾蔓延概率有着较大的影响。     

基于数值模拟的建筑幕墙外保温系统的防火结构参数优化

建筑幕墙外保温系统火灾事故频发,火灾危险性大,其防火安全性能已成为社会关注的焦点问题。利用FDS软件模拟了不同宽度、不同位置防火封堵下幕墙保温系统的火灾蔓延情况,讨论了防火措施抑制火焰传播的有效性和可行性,并提出了最优的防火构造组合。模拟结果表明,当防火封堵的宽度达到100mm,防火隔离带的宽度为300mm时,系统已具有较好的防火性能。可将其设为防火构造设计的基准参数,供综合考虑实际工程的应用性和经济性参考。     

高层建筑典型外墙保温材料火蔓延特性数值模拟研究

有机保温材料被广泛应用于高层建筑外墙保温体系的同时,也可能增加高层建筑的火灾风险。本文通过计算机模拟,着重研究了保温材料之一的聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的火蔓延速率、失重速率及温度场分布等特性。研究结果发现:发生火灾后,外墙保温材料可以在很短的时间内自下而上蔓延至整个材料表面,并有表皮着火的现象。在火焰到达材料顶部之前,向上火蔓延占主导地位,材料中部区域明显燃烧脱落,火焰在材料两端上部继续燃烧,有向下加速蔓延的趋势;之后,火焰沿着材料中部内侧向下剧烈燃烧,材料呈V字型燃烧直至熄灭。在高层建筑外墙外保温材料火蔓延中,不同着火点情况下的燃烧速率随时间变化的趋势相似,且会形成两个波峰。     

大空间建筑火灾中热烟气层发展规律的理论分析

对几类典型的大空间建筑火灾中热烟气层的发展规律进行了理论分析,并和文献中的实验结果进行了对比。理论分析表明热烟气层的发展速率除了与火源的功率和大空间的几何尺寸有关外,还取决于火羽流的种类。给出了轴对称火羽流、二维线性溢流和沿墙壁的二维线性火羽流情况下的热烟气层发展速率的表达式,对大空间建筑的火灾安全设计与灾害预测具有指导意义。     

高层住宅楼外墙保温系统火灾蔓延的数值模拟

为研究施工中高层建筑外墙保温材料火灾蔓延规律及温度场分布情况,利用火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator),建立了一栋20层钢筋混凝土住宅楼实体的数值分析模型,模型中包括施工脚手架和尼龙安全网,火源点位于第6层的外墙上。分析得到了火灾的发生及蔓延、温度场分布、CO浓度分布规律。研究结果表明,火灾开始时,火焰先沿水平方向发展,然后向上蔓延,并迅速蔓延至整个外表面,即呈表皮着火现象;窗户玻璃爆裂后,室内可燃物被点燃,形成立体燃烧;在建筑凹槽处,产生烟囱效应,燃烧最为剧烈,温度高达1000℃;在整个火灾蔓延过程中,温度出现2个峰值点。研究成果可为高层建筑室外火灾采取防控措施提供参考。     

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究北大核心CSCD

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。     

非膨胀型防火涂料的等效热传导系数及其试验方法

热传导系数是表征非膨胀型防火涂料隔热性能最重要的参数,也是进行钢构件升温计算所必需的参数。非膨胀型防火涂料的热传导系数随温度升高有较大变化,采用常温下的热传导系数来计算钢构件在火灾下的温度将导致较大的误差。从工程应用角度,热传导系数采用一个常数可极大地简化计算,因此本文提出了等效热传导系数的概念及其试验方法。该方法基于非膨胀型防火涂料保护钢构件标准耐火试验,可综合反映涂料在火灾下的实际性能。试验与理论计算的对比表明,采用等效热传导系数可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温。     

大空间钢网架结构的性能化抗火分析

大空间钢网架结构常作为人员密集场所建筑的屋盖,火灾下一旦发生坍塌,将可能造成重大人员伤亡和财产损失,因此对其抗火性能有必要深入研究。本文运用FDS(Fire Dynamics Simulator)火灾模拟软件对某工业厂房进行火灾模拟,得到火灾发生发展的时间—温度曲线。在此基础上,运用ANSYS有限元软件对火灾下网架结构的不同位置进行了热—力耦合的位移和内力分析。结果表明,采用计算机模拟得到的升温曲线,要比一概采用ISO834标准求得的升温曲线更符合实际情况;火灾发生在中间位置更为不利,必须采取防火保护措施;火灾下结构会发生内力重分配,但距离火源越远处的杆件内力和位移变化越小。本文结论可供该类型结构的抗火设计和灭火救援参考。     

混凝土简支梁设计基准期内的可靠度

根据统计资料对不同类型建筑在不同防火措施下发生火灾的概率研究,得出了各类建筑达到轰燃的概率.基于蒙特卡罗随机有限元方法,引入材料高温本构关系、截面尺寸和计算模型系数等的变异性,按照ISO标准升温曲线升温,给出了单构件轰燃下的失效概率计算方法.最后,将设计基准期内建筑物达到轰燃的概率与单构件轰燃下的失效概率组合,给出了设计基准期内建筑构件在火灾下的失效概率公式.     

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。     

不同火灾下建筑常用防火板材隔热性能试验研究∗

利用防火板材防护钢构件是钢结构防火的重要措施之一,而防火板材的隔热性能决定了钢结构的耐火性能, 为了研究建筑领域常用防火板材隔热性能,以及防火板材受火破坏形态和隔热性能随温度变化的规律,设计制作了 14 个防火板隔热性能试件,在三种火灾工况下对建筑领域常用防火板材进行隔热性能试验。研究结果表明：(1) 板材受火后的破坏形态和裂纹开展情况都与火灾升温历史有关;(2)板材受热过程中分解的结合水蒸发吸热是缓解钢板升温的重要影响因素之一;(3)用 ISO 834 标准升温下板材温度平台区域的 λ 取值结果来指导其他两种火灾情形下防火构造设计是安全的;(4)利用板材表面空气温度和钢板温度测试结果获得了板材导热系数,数值模拟计算与试验结果吻合良好,验证了采用导热系数测量方法的可靠性;(5)利用数值模拟与试验相结合的方法,分析得到石膏板的温度?等效导热系数简化曲线的两个重要敏感参数：热质传递影响温度区间等效导热系数结束变化的温度点(470 ℃)和该温度区间的等效导热系数波谷极值大小。     

大空间火灾中火焰辐射对钢构件升温的影响

为了研究大空间建筑火灾中,火焰辐射对钢构件升温的影响,得到考虑火焰辐射时钢构件升温的简化计算方法,应用热平衡方程,就火焰辐射对钢构件升温的影响,通过变化各个参数,进行了6000多个不同算例的计算.在对算例结果进行参数分析的基础上,将钢构件的升温看作受烟气层影响和火焰辐射影响两部分,忽略次要因素,合并归纳主要参数,拟合出简化计算公式,提出了大空间建筑火灾中火焰辐射对钢构件升温影响的简化计算方法,并给出了可不考虑火焰辐射影响的建筑高度临界值.通过算例计算,与原迭代计算方法相比,该简化方法计算简便快速,且精度也较高,能满足设计要求.     

碳纤维布加固混凝土梁的高温抗弯承载力——影响因素及衰减关系

通过引入混凝土高温等效抗压强度,提出了碳纤维布加固混凝土梁高温抗弯承载力的一种简化计算方法.利用所提方法,考察了防火涂料设置、碳纤维布加固量、受拉钢筋配筋率、混凝土保护层厚度等参数对加固梁高温抗弯承载力的影响规律.在大量分析结果基础上,建立了加固梁高温抗弯承载力随升温时间的定量衰减关系.研究结果表明:(1)利用该简化方法所得加固梁的耐火极限与试验结果吻合较好;(2)实际工程中梁侧防火涂料高度可以90 mm为限,在此范围内加固梁的高温抗弯承载力随着梁侧防火涂料高度的增加逐渐增大;(3)混凝土保护层厚度越小,加固梁抗弯承载力随升温时间增加而降低的速率越大,但升温2 h以后加固梁的抗弯承载力基本按同一速率下降.     

大长细比约束杆件屈曲后承载力简化计算方法北大核心CSCD

大跨度建筑空间中的火灾属于局部火灾,局部受火的网架结构由于其整体性会产生杆件间的约束效应,实际工程中网架结构的杆件长细比往往大于钢框架柱。目前对于网架结构中的约束杆件屈曲后承载力未见研究报道。根据假定的高温下约束杆件的变形形态建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到受火全过程轴力—温度的关系曲线,并发现初弯曲会使得长细比较大的约束杆件的应力增长速率明显减小。通过ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了数值模拟,本文提出的简化计算方法与数值模拟结果吻合较好,为进一步分析网架杆件屈曲后承载力对整体结构抗火性能的贡献提供了理论依据。