热-力耦合作用对建筑结构火灾安全的影响

结构火灾安全可以避免建筑物在火灾中坍塌.火灾热环境影响建筑结构的响应,传统的标准火灾环境有一定的局限性,不能完全适用于若干真实火灾场景.因此有必要开展真实火灾环境下建筑结构的热-力响应特性研究,发展有效的工程工具来设计经济安全的结构.近来,性能化的结构火灾安全设计评估方法和相应技术发展迅速,该文给出一种综合考虑热-力耦合作用的结构火灾安全设计评估方法及相应流程.首先通过建筑和燃料特性来预测可能的火灾热环境特性,然后再分析构件和结构的热响应和力学响应特性来判定结构是否会失效,以及可以降低热和力影响的预防失效措施.该文通过案例分析将该方法应用于某中庭钢结构屋顶的防火保护,得到经济合理的防火涂层设计,满足有关防火规范的安全等价要求.     

火灾环境下钢结构力学响应行为研究回溯与前瞻

火灾环境下高温对结构钢材的力学性能具有显著的不利影响.通常钢材在200～400℃的温度下力学性能开始下降,在800℃以上几乎丧失所有的强度.火灾环境下的钢结构力学响应行为是钢结构抗火设计的前提.为了展示火灾环境下钢结构的力学响应研究的清晰脉络,首先综述了火灾环境工况加载、钢结构升温规律的研究文献,然后从钢的耐火性能分析开始,评述了钢结构形式对耐火性能的影响和热作用下的结构变形研究.研究表明:若采用ISO 834标准升温曲线作为热加载方式,钢结构的升温规律和力学响应行为与真实火灾场景下相比差异显著,在标准火下钢的抗火时间更长;钢结构在火灾环境下的热应变随温度升高而增大,最终导致屈曲和过度挠度;当温度超过400℃时,高温蠕变会加速结构的失效;试验和数值模拟方法能很好地预测钢结构在真实火灾环境下的温升规律;较为真实地表征钢结构的不均匀力学响应行为,首先需要加载真实的火灾工况,同时要充分考虑钢结构形式,并耦合运用工程热物理、力学相关工具和方法;钢附着可燃材料燃烧的热反馈及相应的力学响应行为是钢结构抗火研究的新问题,针对该问题需要建立科学的热-力耦合工程定量测试方法.     

局部火灾条件下某钢结构屋架的抗火保护研究

本文针对局部火灾条件下钢结构屋架的防火保护问题,结合典型案例提出了一种基于性能计算分析的抗火保护设计评估分析方法.首先通过火灾场景分析及烟气运动模拟计算,得到钢结构屋架所处的热环境,再计算各构件在不同保护条件下的温升及应力分布,并判断构件及结构在不同的保护方式下是否失效,最后得到经济合理的保护区域和防火涂层厚度.该方法可以为类似的局部火灾条件下钢结构抗火保护提供参考.     

火灾下沉管隧道热力耦合分析及防火实验研究

为研究具有排烟结构的大跨沉管隧道火灾下力学行为,综合采用火灾动力学模拟软件FDS和结构分析软件ANSYS,对无防火措施下的温度场及结构响应规律进行分析,并通过防火材料的实验炉高温试验研究防火效果与防火方案。结果表明火灾位置的不同对结构影响区别较大,结构应力重分布显著,部分位置有开裂、压溃可能,产生最大变形3.6mm,防火宜采用双层搭接防火板。     

某大空间建筑钢结构性能化消防设计分析

本文通过对钢结构建筑及其构件防火性能的深入分析,结合钢结构建筑的优势、发展前景以及在防火领域的特性,以某大空间建筑为例探讨钢结构建筑性能化消防设计,通过性能化结构抗火分析了解钢构件在真实火灾下的性能,确定钢结构建筑的防火保护策略,从而增强钢结构建筑在火灾下的整体性和稳定性。     

火灾下钢结构热响应试验模拟研究进展

火灾下钢结构热响应分析有助于结构抗火设计,增强钢结构在高温下的结构稳定性能。本文介绍了火灾模拟和钢结构热响应模拟的方法及其基本理论;总结了近年来火灾模拟和钢结构热响应研究进展并提出钢结构热响应的模拟方法存在的几个问题和钢结构热响应的分析未来发展的趋势。     

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.     

中国建筑火灾引起坍塌事故的统计与分析

为了研究火灾引起的建筑结构坍塌的机理,便于已有建筑的抗火防护和新建建筑的抗火设计,通过查询文献资料和新闻媒体报道,对我国建筑火灾坍塌事例进行了调查,对火灾坍塌建筑物的结构形式、层数和使用功能等方面进行了统计分析,列出了部分我国火灾史上1960-2005年所发生的火灾坍塌事例.调查结果显示,钢结构、特别是工业厂房钢屋架在火灾下较其他形式的建筑易发生坍塌;4～8层的民用建筑发生火灾坍塌的比例较高;工业厂房,仓库和商业建筑发生火灾坍塌的比例较高;民用建筑多发生局部坍塌;发生坍塌的建筑一般存在设计和施工不规范以及防火设施不合格等情况.     

膨胀型防火涂料防火性能的研究

近年来,钢结构建筑火灾事故的惨痛教训使人们对钢结构建筑防火重要性的认识逐渐提高,开展了对钢结构防火保护技术的研究和应用实践.改性高氯化聚乙烯树脂(HHCPE)以其极好的耐候性、耐腐蚀性和阻燃性等优点,成为人们研究的热点.但是,改性高氯化聚乙烯树脂为脆性树脂,漆膜韧性差、炭层结构强度不够,在火灾情况下容易被破坏而剥落,大大降低了防火阻燃效果.为此,我们在研制以改性高氯化聚乙烯树脂为基料的防火涂料时,先优化防火阻燃剂的配比,进而通过添加各种助剂来改善涂料性能,并分析了各种助剂对涂料炭层结构和防火性能的影响.     

第三方挖掘作用下PE燃气管道失效行为研究

针对挖掘破坏导致的城镇燃气管道失效,开展了挖掘作用下管道力学失效机理分析。考虑管土接触作用,建立了城镇燃气PE管道在挖掘齿作用下的三维力学响应分析模型,分析了典型工况下管道的失效过程,讨论了基于应力准则与基于应变准则等2种失效准则的适用性,并开展了影响因素分析。结果表明:机械齿作用下管道主要失效位置为机械齿与管道接触位置两端;采用基于应变的失效准则可以更好地利用PE管材的塑性性能;机械齿的作用位置对管道力学响应影响较小;管径和壁厚的增大能减小管道内的应力,同时能够减小管道的截面椭圆度;内压的改变对管道的力学响应几乎没有影响。以上结果可为城镇燃气管道的力学失效分析与安全评价提供一定的参考。     

电力配电房在火灾下的有限元模拟分析

针对钢框架结构形式的电力配电房在基本荷载组合工况下构件承载能力的关键问题,运用ABAQUS有限元分析软件对模型进行空间静力分析,得出电力配电房在各种工况下的最不利荷载及其位置;针对电力配电房在火灾工况下构件耐火性能的关键问题,运用ABAQUS模拟分析其在火灾工况下的温度场分布和钢框架结构的承载能力和力学性能,并对这两类工况对比分析。研究结果表明:在基本荷载工况下,电力配电房在恒荷载与活荷载形成的组合效应下产生的沿X、Y、Z方向的剪力和弯矩最大,且其形成的竖向位移也最大;在火灾工况下,电力配电房最大应力位置与普通荷载工况大致相同,但最大位移位置不同;虽有局部钢材应力超限,但钢框架结构仍具备承载能力,设计人员可将应力超限的构件替换为屈服强度更高的钢材而非全部替换,既保证了整体结构的安全性,又达到节约材料降低造价的目的。     

局部蒸汽系统抑制熄灭油池火的实验研究

选取乙醇为燃料试样,进行不同条件下蒸汽灭火的全尺寸实验,研究了局部蒸汽系统抑制熄灭油池火的有效性及其影响因素,并探讨其灭火机理.实验结果表明:喷口直径是影响蒸汽灭火的关键因素,中等直径的喷口具有较好的灭火效率;喷口方位和燃料浓度也会影响灭火有效性;局部蒸汽系统的有效保护面积大于直接覆盖面积,对可燃气和氧气的稀释置换作用...     

基于FDS的综合管廊电缆火灾烟气优化控制模式研究

为给火灾情景下管廊检修人员应急疏散和外部消防救援提供有益指导,采用火灾动力学软件对不同的通风系统（自然通风、机械负压通风和全面机械通风）与防火门、喷淋系统的不同开启状况等12种组合模式下的温度、能见度等参数变化进行分析,探究综合管廊火灾烟气优化控制模式。结果表明:进风系统、排烟系统、喷淋系统以及防火门合理的优化组合模式能够达到有效控制管廊火灾烟气的目的;火灾情景下,自然通风系统不能有效控制火灾烟气的发展,而机械负压通风和全面机械通风系统,如能及时启动喷淋以及关闭防火门,管廊内的烟气便可得到有效的控制。研究结果可为应急条件下人员疏散提供参考。     

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。     

建筑钢结构中钢构件的防火性能与抗火设计研究

首先有针对性地对当前国内外建筑钢结构中钢构件的防火性能与抗火设计研究背景做了较系统分析,接着,通过有限元程序,对当前应用非常广泛的半刚接门式刚架建筑在火灾高温下的受力性能进行了整体结构非线性分析。计算结果表明：随着温度的升高,钢构件节点的刚度不断下降,当节点的刚度下降到不能约束与其连接的梁柱构件时,结构将发生突然坍塌性...     

非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力研究

为研究非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力,在合理采用钢材和混凝土本构关系的前提下,基于ABAQUS建立了火灾后钢管混凝土柱相继热力耦合分析模型,并依据试验数据验证模型有效性。在此基础上进行了单面、相对两面受火状态下方形钢管混凝土短柱的轴压工作机理分析和参数分析,结果表明:受火方式对构件温度场及受力机理影响较大;受火时间、截面边长、防火保护层厚度是构件非均匀受火后剩余承载力的主要影响参数。在工程常用范围内,回归了两种受火方式下方钢管轴压短柱剩余承载力影响系数计算公式,可为该类构件在火灾后的修复提供参考。     

钢管混凝土柱耐火性能和抗火设计的特点

简要论述了按ISO－834和GS9978－88规定的标准升温曲线升温作用下钢管混凝土柱耐火性能的特点,分析了影响钢管混凝土柱耐火极限的因素,说明了由于钢管和混凝土的共同工作且核心混凝土具有较好的吸热性能,从而使钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。在进行钢管钢混凝土柱的抗火设计时,柱子外围只需进行适当的防火涂料保护,即可达到《高层用民建筑设计防火规范（GB50045－95）》对柱结构所要求的耐火极限。《高层用民建筑设计防火规范（GB50045－95）》中对钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于钢管混凝土。     

考虑火源位置的船舶机舱火-热-结构耦合研究

为准确分析真实火灾条件下的船舶机舱结构力学行为,克服传统标准温升法的缺陷,提出基于火灾动力学模拟器(FDS)和ANSYS的火-热-结构力学耦合分析方法;采用FDS仿真模拟真实火灾场景,获得近机舱内壁面处时变温度场信息,以此温度场信息为边界条件,传输到结构力学行为仿真软件ANSYS中,对机舱结构加载温度荷载并进行瞬态热分...     

Q235钢在火灾条件下的力学性能研究

在试验的基础上,对建筑中常用的Q235铜在火灾条件下的力学性能进行了研究,获得了Q235钢的屈服强度、极限强度、弹性模量、极限应变等力学性能随温度变化而变化的规律,并对影响Q235钢力学性能的因素进行了分析。