泄漏工况下的LNG外罐温度场仿真研究

为研究LNG储罐泄漏后外罐温度场的变化,以16万m3LNG预应力混凝土全容式储罐为研究对象。借助有限元软件ANSYS下的FLUENT建立了储罐的保温层和外罐壁的二维平面模型。考虑储罐内液体动态泄漏过程中和泄漏完成后超低温液体对混凝土外罐的影响,对储罐的温度场进行了模拟分析。分析表明,泄漏后不同高度外罐壁温度变化与泄漏孔位置和孔洞大小有极大的关联。外罐壁温度先降低,后升高,最后达到平衡。在热保护角的作用下,底部外罐壁温度变化明显减小。在热保护角高度范围内,混凝土外罐壁在高度方向上存在温度梯度,温度从底部向上逐渐减小。     

混凝土箱梁桥零号块水化热过程分析研究

结合黄沙港大桥工程实际,以箱室内外温度测试数据作为边界条件,根据混凝土水化过程的热传导方程,应用有限元分析程序ANSYS,对浇筑期间预应力混凝土连续箱梁零号块结构的温度场进行了仿真分析,并将仿真计算结果与混凝土连续箱梁的实测结果进行了比较。然后,应用ANSYS软件,采用增量法,动态模拟浇筑过程中水化热温度场变化引起的结构应力变化,得到了施工过程中应力场的时间和空间分布规律。分析表明,由于顶板和底板厚度较薄、内外温差较大,温度引起的残余应力也相对较大,而腹板最终的残余应力较小。因此,应该通过覆盖保温材料,控制厚度较薄的底板和顶板的内外温差,以改善内部混凝土后期受力状况,同时要注意控制预应力张拉时间和张拉力的大小。     

带肋薄壁L形钢管混凝土柱温度场研究

为研究高温下带肋薄壁L形钢管混凝土柱的抗火性能,建立了该类构件的ABAQUS温度场计算模型,并用相关试验结果验证了模型的正确性。采用该模型对所设计构件进行温度场计算,结果表明:构件横截面温度场呈现明显梯度分布,由受火面向截面中心逐渐降低;截面阳角处温度较阴角处更高,且阳角附近高温区域面积较阴角处大;构件内部钢筋温度较受火面呈现明显滞后现象,且中心温度较两端降低幅度更大。分析了受火时间、加劲肋尺寸和构件截面尺寸对构件温度分布的影响,可知随着受火时间的延续,构件各部位温度以不同幅度升高;钢筋加劲肋直径对钢筋温度影响比较明显,但对钢管和混凝土温度影响较小;截面尺寸越大,构件同一位置温度越低。     

喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究∗

喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降,有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况,设计建造了足尺钢框架房屋,根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统,模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度,得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果,并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明:火灾过程中,火场在垂直方向上存在明显的温度梯度,空气温度随高度增加而升高;框架平面沿水平方向越靠近起火点,升温速率越快,能达到的最高温度越高,垂直方向温度梯度越大;玻璃破碎增大了通风口面积,对通风控制型火灾的温度场有显著影响,靠近通风口处温度略有降低,而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升;消防喷水能迅速抑制火场燃烧,降低火场温度,降温速率随喷水灭火时间增长而减小;开始灭火的短时间内,火源附近温度骤降,降温速率最高达到391℃/min。     

冬季混凝土桥梁施工监控中温度参数的识别

混凝土桥梁温度场设计参数是影响桥梁施工误差的主要因素之一,施工过程中对其进行有效的识别直接关系到混凝土桥梁的结构安全。目前我国尚缺少各季节、各地区的混凝土桥梁温度场监测资料。为了分析冬季施工过程中混凝土桥梁的温度场分布,对榆林地区某斜拉桥进行了箱梁室内外温度和温度效应监测,根据热传导理论,建立了数值模型,采用瞬态热分析方法,得出了该地区冬季理论温度场。通过与箱梁相应温度测量值的比较,基于MATLAB平台,对82组数据进行了指数拟合,得出了适用于榆林地区冬季混凝土桥梁的温度场分布图。     

光热电站熔盐储热罐地下通风系统的数值仿真

由于高温熔盐储热罐在运行过程中内部温度非常高,致使其底部很大范围内的土壤处于高热环境,各种热效应使得基底持力层的承载力和稳定性受到很大影响。为有效降低罐底土壤的温度,采用在罐底埋设通风系统的方法,使土壤在一定深度内,形成1个温度较低的恒温层。利用ANSYS软件对某光热电站的高温熔盐储罐的地下通风系统进行建模,对通风系统和土壤进行流固耦合传热分析,研究其散热效能及温度场分布特性,并计算出使罐底1.45 m处土壤温度降低到90 ℃以下的通风系统的工作参数,为实际工程中风机功率的选择提供参考。     

基于改进RABT升温曲线分析受火地铁隧道管片温度场

既有耐火试验标准升温曲线用于模拟地铁区间隧道火灾场景存在局限性。提出了改进RABT(IRABT)标准升温曲线模型,该模型基于既有耐火试验标准升温曲线,同时考虑了地铁区间隧道火灾的峰值温度、受火持时与升温速率等特征,且包含线性降温段,可设置降温时点,以描述实际火灾场景。采用结构抗火有限元分析软件SAFIR,对1/3缩尺地铁隧道管片的耐火试验进行了IRABT标准升温曲线下的数值模拟,获得了5种不同火灾工况下管片温度变化及截面温度场分布,所对应的IRABT模型分别为:峰值温度700℃与800℃,降温时刻为60min;峰值温度900℃,降温时刻分别为60、45、30min。模拟结果表明,进入降温阶段后,管片受火面20mm以上区域,温升仍将持续,且距离受火面越远,温升持续时间越长;距离受火面90mm以上至管片顶部,已没有明显降温段出现,该区域始终保持升温趋稳状态。降温开始30min后,受火面温度开始低于紧邻的管片内温度;受火试验结束的180min时刻,整个管片内部温度场峰值出现在距受火面40~60mm范围内。同一升温曲线降温时点越迟,则管片近受火面及顶面区域的最终温度越高。因此,对于实际地铁区间隧道火灾,应尽量在升温初期对火势加以有效控制,避免进入恒温传热阶段,可减轻管片混凝土传热破坏程度。该分析结果可为研究地铁隧道衬砌结构受火性能退化提供参考。     

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。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

自然潮差环境下粉煤灰混凝土微观结构的时变过程

基于自然潮差环境下在较长时间的暴露试验,获得了混凝土中自由氯离子浓度,并用压汞法测定了不同暴露时间后的不同掺量粉煤灰混凝土的微观结构参数;分析了粉煤灰掺量对混凝土孔隙率、孔径分布及其时变性和自由氯离子浓度的影响;在此基础上,探讨了粉煤灰混凝土中的孔径占比和孔隙率等微观结构参数与其自由氯离子浓度的时变关系。结果表明:粉煤灰可以有效的减少混凝土孔隙率,改善了其孔径分布,增加了10 nm～100 nm的孔径占比,降低了100 nm～1 000 nm的孔径占比;随着暴露时间的延长,混凝土中100 nm～1 000 nm和1 000 nm以上孔径的贡献孔隙率逐渐降低,但对于10 nm以下的贡献孔隙率没有明显的影响;同一暴露时间后,混凝土氯离子峰值浓度随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低,且在暴露后期,粉煤灰对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响更加显著。     

冻土隧道动态信息反馈施工控制技术

为形成多年冻土区隧道动态信息反馈施工控制技术,主要研究了隧道施工冻融圈响应规律与控制要点。结果表明:喷射混凝土前,由洞内至围岩围岩内部,其温度逐渐下降。同一深度处围岩温度又会随时间缓慢增长;喷射混凝土后,尽管围岩越深部其温度逐渐降低,但浇筑混凝土产生的水化热对整个围岩温度场影响显著,总体来看,距离洞壁深度与水化热效果影响成反比,当深度超过2m,围岩受水化热作用轻微。喷射混凝土越晚,同一深度处围岩温度越高,冻融圈深度越大。     

不同再生骨料取代率的再生混凝土梁受弯性能试验研究

为了研究再生混凝土梁在不同再生粗骨料取代率和不同再生细骨料取代率下其正截面的受力特点和破坏特征,进行了不同再生粗骨料取代率和不同再生细骨料取代率的足尺钢筋混凝土简支梁正截面抗弯性能试验。试验共有7根配筋及构造相同的试件梁,其截面尺寸为300 mm×200 mm,净跨为3 000 mm;再生粗骨料取代率有0%,33%,66%,100%共4种,再生细骨料取代率有0%,50%,100%共3种。试验采用三分点单向重复加载方式,研究了不同再生粗、细骨料取代率对梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、截面应变、裂缝及损伤破坏过程的影响。试验结果表明:再生混凝土梁在正截面受力过程中,仍具有弹性、开裂、屈服和极限4个明显的过程;正截面平均应变服从平截面假定;再生混凝土梁损伤破坏过程与普通混凝土梁相似;相同混凝土和配筋条件下再生混凝土梁的极限承载力与普通混凝土梁接近;再生粗骨料取代率对梁受弯性能影响不明显,而再生细骨料取代率对梁裂缝分布和挠度有一定的影响。     

钢管混凝土叠合柱温度场试验研究

研究了ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土叠合柱的温度场。完成了8根叠合柱的火灾试验,考虑因素包括试件截面尺寸、截面类型和含管率。建立了有限元模型,并对试验结果进行参数分析。以方形截面叠合柱为例,分析了火灾时间、受火方式、截面尺寸、长细比、含管率、纵筋配筋率等参数变化对截面温度场的影响规律。火灾时间相同情况下,试验结果表明:(1)含管率相同时,截面尺寸越大,柱内温度越低;(2)截面尺寸相同时,含管率的变化对柱内温度场影响较小;(3)方形截面柱的边长和圆形截面柱的直径相同时,方形截面柱内温度低于圆形截面柱内温度。有限元模型模拟结果表明:火灾时间、截面尺寸和受火方式是影响叠合柱温度场分布的主要因素。     

再生粗骨料混凝土柱耐火性能试验与理论分析

为研究再生粗骨料混凝土柱的耐火性能,进行了1个足尺的再生粗骨料混凝土柱和足尺的1个普通混凝土柱在竖向恒定荷载和温度场耦合作用下的耐火性能试验研究,2个试件的混凝土设计强度均为C30,2个柱采用相同的轴压比施加竖向荷载。在试验研究基础上,比较分析了2个试件的耐火极限以及各个测点的温度变化、侧向挠度、轴向变形和破坏过程;用有限元软件ABAQUS对试件截面温度场进行了模拟分析,测点温度增量模拟结果与实测温度增量符合较好。研究表明:相同初始轴压比条件下,混凝土强度接近的再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱升温速度慢,具有相对较好的隔热性能;再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的抗爆裂性能好,耐火极限长;因再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的孔隙率相对较高,在高温作用下其内部蒸汽应力可得到一定释放,由此引起的柱子轴向压缩变形相应也较大;一定条件下的再生粗骨料混凝土柱可用于建筑工程。     

钢框架房屋火灾消防过程温度场数值模拟研究∗

钢结构在火灾消防过程中容易遭到破坏甚至发生倒塌，而空间温度场是研究结构响应的基础。为了研究喷水消防对空间温度场的影响，建立了三层三跨钢框架房屋模型，在火灾动力学软件中利用水喷淋方式模拟了其消防灭火过程。分别研究了消防在火灾初期发展阶段和稳定燃烧阶段介入时，火源及框架平面附近的温度场分布与发展规律，对比分析了消防在不同火灾阶段介入后直接灭火跨与相邻跨的火场温度变化特性。研究结果表明：（1） 数值模拟结果与火灾消防试验结果吻合较好，验证了数值模型中采用水喷淋方式模拟喷水消防过程获得温度场的可行性；（2）消防在火灾初期发展阶段介入后，直接灭火跨的温度发生骤降，最大降幅约 350 ℃，约 20 s 后缓慢回升， 消防喷水有效减缓火灾发展进程，抑制空间温度与梯度发展，框架附近平面火场达到的最高温度相比无消防介入火灾低约 350 ℃；（3）消防在稳定燃烧阶段介入时，空间温度较高、温度梯度较大，消防介入后火场最高温度在 60 s 左右降低约 650 ℃，降温速率约 11 ℃/s，短时间内温度梯度变化剧烈；（4）与在稳定燃烧阶段介入相比，消防在火灾初期发展阶段介入可大幅降低火场最高温度，且使温度梯度变化比较缓和。     

基于GIS的不同盖层下CO_2释放量随温度场的变化规律研究

城市土体温度场分布受覆盖层性质的影响,而土体中有机质分解速率及CO2释放量随温度变化而变化,因而,盖层性质将会影响土体的CO2释放量。在室内试验确定CO2释放量与温度场变化规律的基础上,通过野外观测站长期观测所得的不同盖层下土体温度场变化规律,建立了不同盖层下土体释放CO2与温度的关系模型;采用ArcGIS对南京大学校区的不同盖层进行分区,并利用CO2释放量与温度的关系模型生成了校区CO2释放量在某一时间段内的空间分布图。同时,分别以城区和郊区同一时段内的野外监测数据应用于研究区,研究了城市热岛效应对研究区土体CO2释放量的影响。     

基于离散元法的温度静力触探贯入与传热研究北大核心CSCD

温度静力触探是一种新型原位测试方法,可同时获取土体的力学和热学参数,为浅层地温能资源勘查提供技术保障。为研究温度静力触探的贯入与传热机理,通过离散元数值模拟实现了离散元模型的建立和试样的力学和热学参数标定。研究分析了贯入过程中的贯入阻力变化、土体应力场、位移场及位移路径;获得了加热-散热过程中探头加热段与隔热段的温度响应规律以及土体温度场演化,并与室内模型试验进行了对比分析。采集的温度变化曲线通过数据解译反演得到了土体的导热系数,为温度静力触探的贯入-传热机理研究及工程应用奠定了理论依据。研究结果表明:贯入过程中,贯入阻力随深度的增加而增加,且土体颗粒位移范围在距锥身B/2内;传热过程中,探头加热60 s,加热段实现了5.5℃的升温;在加热和散热的初期,探头的温度变化最快,与实验结果相同;利用探头散热温度所反演导热系数为0.330 W/(m·K),误差为6.5%,优于加热数据反演结果。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

高温后型钢再生混凝土界面黏结性能试验研究∗

为了研究高温后型钢再生混凝土界面黏结性能,对20个型钢再生混凝土试件进行了高温后静力推出试验,设计变化参数包括再生粗骨料取代率和历经最高温度.试验获取了试件加载端与自由端的荷载—滑移曲线及特征点参数,并基于试验数据,深入分析了试件高温前后的物理力学性能变化、受力破坏过程以及各变化参数对型钢再生混凝土高温后黏结滑移性能的影响规律,探讨并提出了高温后型钢再生混凝土黏结强度计算公式.研究结果表明:加载端和自由端荷载—滑移曲线相似,但加载端比自由端滑移更旱;随着历经最高温度的升高,试件表面颜色由深变浅,历经温度超过400℃后,试件表面混凝土出现裂缝,并且历经温度越高表面裂缝越多、越宽,随温度的升高,试件黏结强度显著降低;当0％≤r≤50％时,黏结强度不断增大,当50％＜r≤100％时,黏结强度有所降低,且再生混凝土试件的黏结强度比普通混凝土试件大;型钢再生混凝土高温黏结损伤发展过程与历经温度有关,历经温度越高,其黏结损伤发展较迟缓,同时,历经最高温度越高,试件的耗能能力越强;高温后型钢再生混凝土黏结强度的计算公式被提出,且计算值接近试验值.     

火灾高温下隧道衬砌结构的变形性能研究

为考察隧道衬砌在火灾高温下的变形性能,利用ABAQUS有限元软件建立了HC基准升温曲线下衬砌环的三维分析模型。分析了隧道衬砌结构在火灾高温下的温度场分布规律,以及钢筋混凝土衬砌结构变形情况。研究了地面超载、土体侧压力系数、火灾持续时间、峰值温度及升温速率对变形的影响。结果表明:地面超载较小时,衬砌拱顶随温度升高而接近围岩,反之则远离围岩;拱腰位移随地面超载的增大而不断增大;土体侧压力系数越大,拱顶越向外移动,而拱腰则越向内移动;火灾持续时间越长、峰值温度越高,拱顶越远离围岩,拱腰越靠近围岩;升温速率对衬砌升温初期的变形影响较大,后期影响不显著。