Dynamic responses and damage of storage tanks under the coupling effect of blast wave and fragment impact

Blast wave and fragment are two main types of physical damage effects representing a significant threat to storage tank structures in chemical industrial parks. Compared with the effect of only blast wave or fragment, the coupling effect of them may cause more severe consequences and is worthy of study. A numerical study of the dynamic responses and damage of a vertical storage tank subjected to the coupling effect of blast wave and fragment is conducted based on a typical accident. The simulation results reveal that stress-concentration and rapid increase of the stress exist in the impacted region of the storage tank under the coupling effect, which leads to the structural damage of the tank exhibiting different failure modes. The coupling effect is significantly apparent following a dramatic increase of the plastic strain, and the damage of the storage tank is further aggravated. From the displacement response and energy absorption, the overall damage of the storage tank subjected to the coupling effect is more severe than that caused by blast wave and fragment separately, which also indicates that the coupling effect is an enhanced damage effect. Besides, the contribution of blast wave and fragment to the coupling effect depends on scaled distance. The results of the study help reveal the coupling effect of blast wave and fragment and prevent domino accidents caused by the coupling effect.     

受火后方钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱力学分析

利用ABAQUS软件建立了火灾后方钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾后轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了升温时间、基体混凝土强度、再生粗集料取代率、截面尺寸、含钢率等参数对火灾后轴压性能的影响规律。结果表明:随着升温时间的增加,试件截面角部对中心区域的约束效果逐渐减弱,截面应力逐渐降低且分布趋向均匀;基体混凝土强度和截面直径是影响试件剩余承载力和初始损伤的主要因素,集料取代率和含钢率影响较小,所有试件的损伤发展过程较为相似;各试件的耗能能力随升温时间的增加呈现先提高后降低的趋势;提出了此类试件火灾后相关评价指标的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

钢筋混凝土柱温度场试验研究

研究钢筋混凝土柱在升温、降温加热曲线作用下的截面温度场分布。完成了1根边长700mm方形钢筋混凝土柱的四面受火温度场试验,加热曲线升温段为ISO-834标准升温曲线,降温段为随炉冷却降温曲线。试验过程中测得了柱截面内不同位置的温度变化。建立有限元模型对试验结果进行了模拟分析。结果表明:方形柱截面内不同位置的升温速率、降温速率受其距受火面距离影响较大;截面内距离受火面越远的位置,升温滞后现象越明显;在ISO-834标准升温和随炉降温加热曲线作用下,当方形柱的截面边长大于等于700mm时,柱截面内的温度分布可反映大截面尺寸钢筋混凝土柱在火灾升、降温阶段的温度分布变化。     

火灾后圆钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱 力学性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾后圆钢管约束钢筋再生混凝土轴压短柱的非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾后剩余承载力和轴压刚度进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行比对分析。分析了升温时间、截面直径、材料强度、骨料取代率、含钢率和配筋率等参数对火灾后剩余承载力和轴压刚度的影响规律。结果表明:升温时间和截面直径是影响火灾后试件剩余承载力和轴压刚度的主要因素;提出了该类试件火灾后剩余承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

油池火作用下钢管混凝土柱温度分布研究

在开敞空间条件下利用油池火模拟不同的火灾场景,对火源燃烧阶段和燃烧结束后钢管混凝土柱的温度变化进行研究。测量了燃料质量变化和钢管混凝土柱的温度分布等参数,分析不同火灾场景下钢管混凝土柱轴向、横截面的温度变化,并以实验工况HS3为例进行深入分析,同时分析了火源的燃烧时间、热释放速率对钢管混凝土柱温度场分布的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱纵向温度分布与横向温度分布一样都存在明显的温度梯度,其表面钢管温度变化受火场热释放速率影响较大,而内部混凝土的温度变化则主要受火场持续时间的影响。     

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。     

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析

为了研究火灾下钢筋混凝土(RC)简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明：截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

钢筋混凝土矩形梁的当量耐火时间

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度一时间曲线为火作用,以热传导和建筑结构耐火理论为基础,以梁在实际和标准火灾下的承载力相等为等效准则,用数值计算方法研究梁的当量耐火时间,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,梁的当量耐火时间越长;反之越短.所给梁的当量耐火时间可用于建筑结构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梁的截面参数以获得安全性,反之,减小截面参数以获得经济性.     

火灾下圆钢管约束钢筋混凝土短柱轴压性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾下轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了环境温度、混凝土强度、钢管屈服强度、截面尺寸、含钢率等参数对火灾下轴压性能的影响规律。结果表明:火灾下各试件核心混凝土纵向应力发展规律较为相似,且应力分布趋向均匀;环境温度对试件轴压刚度的影响大于极限承载力,材料强度对极限承载力的影响较大,增大钢管含钢率可一定程度提高试件轴压刚度;提出了火灾下此类试件极限承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

火灾后混凝土结构的评估与维修

本文详细介绍了火灾后混凝土结构的现场勘察、材料性能的检测方法.给出了通过收集火灾现场的有关资料对结构损伤进行判定的准则.并根据材料性质对损伤进行分类,提出了对于不同的损伤等级根据维修准则选择喷射混凝土、树脂维修、加覆层维修等不同的维修方法,通过维修可以保证结构的强度、稳定性、耐火性和外观特征.     

相对两面受火的方钢管钢筋混凝土柱耐火极限

目前有关方钢管钢筋混凝土柱抗火性能的研究主要是针对四面均匀受火的情况,而在实际中,会出现相对两面受火这一情况。为此,利用ABAQUS分析软件建立了方钢管钢筋混凝土柱在相对两面受火作用下高温反应有限元模型,在验证模型正确性的基础上,对其耐火极限进行参数分析,包括荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及配筋率等,得到了相对两面火灾作用下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数和影响规律,并给出了该受火条件下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是相对两面火灾作用下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。     

钢筋混凝土在火灾中的破坏机制分析

钢筋混凝土楼板由于材料退化和热膨胀的作用,在火灾条中的破坏机制与常温下有很大的区别,体现在应力分布、变形程度、局部破坏、极限承载力等方面.从数值分析的角度分析了钢筋混凝土楼板在火灾中的破坏机制,对爆裂防护位置提出了建议,并指出了过火结构健康检测时应注意的问题.     

轴向约束钢柱温度应力影响因素研究

建筑结构多为超静定结构.火灾条件下,组成结构的各构件在受到不均匀温度作用时,构件内将会产生温度应力.温度应力增加了构件的作用荷载,并影响受火钢柱的稳定性,是导致约束钢柱屈服破坏的主要原因.根据文献分析,轴向约束钢柱的温度应力影响因素主要有轴向约束刚度、长细比、初应力水平和构件升温.采用试验方法研究各因素对约束钢柱温度应力的影响规律.在温度应力增长阶段,构件所产生的温度应力与构件的温度升高值之间为线性关系,温度越高,温度应力越大.温度应力随轴向约束刚度和长细比的增大而增大;初应力水平越高,温度应力值越小.初应力水平的大小不影响温度应力的增长,但决定构件何时进入塑性状态.     

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...     

Seismic risk assessment of storage tanks in Turkish industrial facilities

In 1999, two earthquakes in northwest Turkey caused heavy damage to a large number of industrial facilities. This region is the most industrialized in the country, and heavy damage has a significant economic influence. Industrial storage tanks, ruptured by earthquakes, exascerbate damage through the spread of fire. Storage tanks are uniquely structured, tall cylindrical vessels, some supported by relatively short reinforced concrete columns. The main aim of this study is to evaluate the earthquake performance of Turkish industrial facilities, especially storage tanks in terms of earthquake resistance. Modeling a typical storage tank of an industrial facility helps to understand the structure’s seismic response. A model tank structure was modelled as a solid with lumped mass and spring systems. Performance estimation was done with 40 different earthquake data through nonlinear time history analyses. After the time history analyses, fragility analyses produced probabilistic seismic assessment for the tank model. For the model structure, analysis results were evaluated and compared. In the study, vulnerability of storage tanks in Turkey was determined and the probabilistic risk was defined with the results of the analysis.     

大空间内封闭喷漆作业的火灾危险性及消防安全对策研究

以采用封闭喷漆工艺的某喷漆车间为研究对象,分别分析了车间内封闭喷漆室以及敞开空间的火灾危险性。采用多能法进行了喷漆室爆炸冲击波超压计算,发现封闭喷漆作业的火灾爆炸事故会对车间围护结构产生不同程度破坏作用。因此,对大空间内采用封闭喷漆作业的情况,加强消防安全措施十分必要。结合上述火灾危险性定性、定量分析结果和相关标准规范要求,从设置灭火系统、火灾自动报警系统、通风系统、明确安全管理规定等角度提出了相应的消防安全措施建议,为确保此类场所的消防安全提供了技术支持。     

不同升温条件TN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。     

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。