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。     

排烟方式对大空间建筑火灾空气升温的影响

为了考察烟气排放对大空间建筑火灾温度场的影响,利用FDS程序仿真模拟了火灾场景,系统分析了不同排烟系统对温度场的影响。结果表明:烟气排放对温度的影响较大,最大降温幅度可达原最高温度的50%左右;降温幅度与建筑高度有密切联系;当建筑高度小于12m时,按规范设计的自然排烟系统下的火场温度低于机械排烟的火场温度;当建筑高度达到或超过12m时,自然排烟系统下的火场温度将接近或高于机械排烟的火场温度。     

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。     

高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结性能试验研究

为揭示高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结滑移性能,以再生粗集料取代率、历经最高温度为变化参数,设计了20个高温后消防喷水型钢再生混凝土试件进行推出试验,观察了型钢再生混凝土试件的表面特征、破坏过程及破坏形态,测量了型钢再生混凝土的质量损失率,获取了各试件的极限黏结强度和残余黏结强度,分析了变化参数对高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结强度的影响规律。结果表明,高温后消防喷水型钢再生混凝土的表面颜色随着温度的上升而不断加深;质量损失率随着温度的上升不断增加;高温后消防喷水型钢再生混凝土的黏结强度随温度的变化规律可以从取代率为25%与50%之间划分为两种:取代率为50%及以上的高取代率型钢再生混凝土,黏结强度变化趋势同全再生取代率型钢再生混凝土相似,取代率为25%及以下的低取代率型钢再生混凝土,黏结强度变化趋势同普通型钢混凝土相似。最后本次试验提出了两类高温后消防喷水型钢再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

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。     

栓钉连接件、锚固及降温方式对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响∗

为研究降温方式、锚固长度、栓钉连接件(焊接栓钉)及其位置对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响,设计了 12 个高温喷水后型钢再生混凝土试件和 2 个高温后型钢再生混凝土试件进行推出试验。试验过程中观察了型钢再生混凝土试件的推出过程及破坏形态,获取了各试件的荷载滑移曲线及其特征点参数,分析了变化参数对其特征点参数的影响规律。结果表明,高温喷水后带栓钉型钢再生混凝土破坏后会在栓钉所在处产生横向裂缝,其加载端与自由端荷载滑移曲线的差异也很大;高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度均随历经最高温度的上升而下降;历经最高温度为 400 ℃时,高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度低于高温后型钢再生混凝土,l_a=250 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土黏结强度和弹性黏结抗剪刚度也低于 l_a=400 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土,历经最高温度为 600 ℃时则反之;栓钉连接件对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递性能的提高显著,特别是将其设置在型钢腹板处。     

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。     

火灾场景中玻璃破裂行为研究综述

建筑物在火场中的结构响应问题中,门窗玻璃在火场中的热响应特性及破裂脱落是影响火灾发展的重要因素之一。通过事故案例分析了火灾场景中玻璃破裂脱落的危害性,指出了研究火灾场景中玻璃受热破裂脱落的意义,并对目前火灾场景中玻璃受热破裂过程和主要形态、玻璃的破裂机理和判据等的研究现状进行了详细的分析,总结了目前实验和计算机模拟的最新研究进展和不足,为今后进一步开展玻璃受热破裂脱落研究提出了若干建议。     

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。