环境风作用下弧形立面机场航站楼自然排烟效果的数值模拟研究

机场航站楼公共区域多采用自然排烟方式,而环境风和排烟窗控制模式会影响排烟效果,尤其在弧形立面航站楼中影响效果显著。以某弧形立面航站楼为研究对象,选取候机指廊弧形区域的自然排烟窗分3段控制启闭,进而确定6种控制模式,采用 FDS火灾动力学模拟软件研究了不同模式下的排烟效果,获得了环境风和发烟量对危险到达时间的影响规律, 提出了排烟窗控制模式流程。结果表明:对于弧形立面航站楼而言,排烟窗分段控制模式下的排烟效果优于不分段控制模式,可以有效降低环境风对自然排烟的影响。当环境风速超过10 m/s时,须关闭迎风向排烟窗,避免烟气倒灌。在法向环境风作用的不利条件下,当发烟量在0. 05~0. 20之间时,危险到达时间的最大值tmax与发烟量x满足一次函数关系式:tmax=-3018x+1030.5。     

桩基础影响下既有地铁隧道截面内力计算研究∗

城市已建地铁隧道的保护是目前市政建设中需要考虑的重要问题之一,针对非挤土桩和挤土桩两种桩型新建桩基础影响下既有地铁隧道的截面内力计算展开研究。采用"二阶段"法研究思想,首先基于桩基础荷载传递法、Mindlin位移解及柱孔扩张理论,分别计算得到非挤土桩和挤土桩在隧道截面位置处产生的土体位移。之后,将隧道衬砌简化为环形弹性地基梁模型,同时考虑土体抗力的影响,并将土体位移施加到环形地基梁模型,从而得到2种桩型引起的隧道衬砌截面的内力分布。研究过程中将理论结果与既有土工离心机试验进行了对比分析。研究结果表明:①计算方法得到的衬砌内力与既有文献土工离心式试验值差别不大且趋势一致,验证了计算方法的合理性;②挤土桩施工引起的隧道弯矩最大值增量远大于非挤土桩在极限荷载时的增量;③隧道截面弯矩最大值位置与桩端-隧道圆心相对位置有直接关系,大约位于桩端-隧道圆心连线相交处。     

阪神地震中大开地铁车站和区间隧道破坏差异成因研究∗

在日本阪神地震中遭受地震破坏的地铁地下结构中,仅大开车站中标准段一处区域发生了完全塌毁,其它地铁车站、隧道的震害程度均相对其要轻微。利用能够合理模拟地下框架结构损伤破坏的数值分析模型,对大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构的地震破坏反应进行了数值模拟分析,探讨了造成上述现象的原因。结果表明:不同断面宽度以及埋深导致大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构所受的上覆土压不同,使三者立柱在地震作用中处于不同的轴压比状态下工作,并使得三者不同刚度的结构框架在地震作用中出现不同程度的损伤与刚度退化,继而导致三者立柱出现了不同程度的水平相对变形。最终大开站标准段立柱由于较高的轴压比下受到过量的水平相对变形而发生破坏,从而导致整体框架结构的严重破坏;其余二者则由于立柱处于较低的轴压比下,所受水平相对变形处于立柱变形能力范围内,而未发生立柱破坏,进而使得整体框架保持了承载能力。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

关注隧道建设中突发灾难

正5年间,隧道施工类事故致死逾百人,可见隧道施工安全事故多发,安全生产形势严峻。对断层、有毒有害气体等不良地质条件的高风险性认识不足,未能辨识分析各施工环节安全风险,事故应急救援能力不足等,都是隧道施工类事故暴露出的问题。     

纵向通风对隧道竖井排烟影响的模拟研究

通过开展小尺寸实验以及FDS数值模拟实验,研究纵向通风对不同高度竖井的排烟影响并确定最佳通风风速。通过分析纵向通风风速、竖井高度对吸穿现象、边界层分离的影响规律,讨论了吸穿现象的临界条件。小尺寸实验中纵向通风风速考虑了0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s、0.485 m/s、0.629 m/s五种工况,竖井高度考虑了0.133 m、0.2 m、0.333 m、0.533 m四种工况。实验结果表明:当纵向通风风速为0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s(对应实际风速0.37 m/s、0.87 m/s、1.38 m/s)时,可抑制吸穿现象,但烟气边界层分离现象随着风速的增加而加剧。吸穿现象临界判据F_(critical)=1.5在本文所测试的纵向通风条件下不再适用,但Ri′_(critical)=1.5依然适用。数值模拟结果表明:当竖井高度为1 m、1.5 m、2 m时,排烟量随纵向通风的增加而降低,而当其为3 m、4 m、5 m时,排烟量先上升后降低,在测试风速为1.5 m/s时达到最高值。     

通风口高度对太阳能烟囱建筑自然通风和自然排烟性能的影响研究

安装太阳能烟囱后的建筑具有效果优良、节能环保的自然通风系统。室内通风口高度是太阳能烟囱建筑性能的关键参数之一。提出通过改变太阳能烟囱建筑室内通风口高度位置,使太阳能烟囱既可用于建筑的日常自然通风,也能实现室内火灾场景下的自然排烟。利用缩比例实验台研究了不同室内通风口高度对太阳能烟囱建筑自然通风与自然排烟效果的影响,发现自然通风和自然排烟效果随通风口高度增加呈现先增大后减小的趋势,且最佳室内通风口高度位于窗户上檐位置附近。研究结果对太阳能烟囱建筑的建筑结构关键参数设计具有指导意义。     

地铁区间隧道烟气层化现象研究

以重庆某一地铁区间隧道为原型,搭建了1∶15小尺寸隧道试验台,通过小尺寸试验与FDS 6.5.2数值模拟开展隧道顶部烟气温度分布及分层规律研究。基于Newman提出的烟气层分区条件,研究了不同纵向风速下的烟气分层现象,提出了烟气稳定层化长度的概念,并分析了火源热释放速率及断面型式对烟气层化长度的影响。试验证明了Newman提出的烟气分层计算方法是可信的。结果表明:纵向风速较小时,火源下游能呈现烟气分层现象;烟气稳定层化长度受火源热释放速率影响较大,随热释放速率增大而增大;隧道高度的变化对烟气稳定层化长度的影响较小。     

不同火灾规模下隧道水幕线性喷水强度的研究

为了探究火源功率和水幕线性喷水强度对烟气特征参数和水幕阻烟隔热能力的影响,以全尺寸隧道为研究对象,采用FDS数值模拟方法,还原验证了前人使用的小尺寸模型,研究了20组工况下烟气特征参数变化的规律。研究结果表明:根据相似性原理还原后的全尺寸模型在相同工况下的模拟结果与小尺寸实验基本一致;水幕系统降低遮光率的效果随线性喷水强度增加而增强,当线性喷水强度增至一定程度时,遮光率和隔热效率无明显变化;对于中、大型规模火灾,水幕有效作用时间出现减少的情况;火源功率为5,20,30 MW的小、中、大规模的隧道火灾,综合考虑经济性和水幕效果,建议分别选择水幕的线性喷水强度为8,14,16 L/(s瘙
簚m)。