火灾下圆钢管混凝土柱非线性有限元分析

首先提出合理的火灾下钢管混凝土拉、压材料数值热-力耦合本构模型及相应的计算方法;然后基于连续介质力学,推导火灾下U.L.列式虚功增量方程,采用非线性梁单元理论,给出火灾下钢管混凝土柱非线性有限元方程组的求解方法,编制非线性有限元程序NACFSTLF;最后对已有火灾下钢管混凝土柱的试验资料进行双重非线性有限元分析并考察钢管混凝土柱初始缺陷对其抗火性能的影响。分析结果表明:火灾下钢管混凝土柱的轴向变形-火灾时间曲线的计算结果基本上反映钢管混凝土柱的变形特性,而计算的耐火极限基本上是试验结果的上限;同时随着火灾下柱初始缺陷的增大,相同火灾时间下柱的跨中侧向挠度变形逐渐增大,耐火极限逐渐降低,而对柱的轴向变形影响相对较小。     

火灾与撞击联合作用下钢管混凝土柱力学性能研究

为研究火灾高温与撞击联合作用下钢管混凝土柱的力学性能,基于ABAQUS建立了高温作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱侧向撞击有限元模型。首先,对高温与撞击联合作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱的破坏模式与受力全过程进行了分析,探讨了高温下钢管混凝土柱的抗撞性能与工作机理;其次,重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及撞击能量对抗撞性能的影响,并给出了相关设计建议。研究结果表明:高温与撞击联合作用下,钢管混凝土柱主要发生受弯破坏;受火15 min后,构件抗撞性能明显降低。轴压力对构件抗撞性能产生不利影响,轴压比从0增加到0.2,受火60 min构件抗撞性能下降了7.8%;混凝土强度对高温下钢管混凝土柱抗撞性能有显著影响,受火90 min后,混凝土强度由30 MPa增加到50 MPa,构件抗撞性能提高约85%;外钢管强度与含钢率对高温下抗撞性能影响不大。     

高温影响的钢管混凝土柱抗爆性能研究

火灾与爆炸通常相伴发生,对工程结构安全造成了严重威胁。为研究高温下钢管混凝土柱抗爆性能,采用ABAQUS有限元软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆模型。在验证有限元模型可靠性基础上,首先分析了标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆工作机理;其次重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及爆炸当量对构件在标准火灾下抗爆性能的影响。研究结果表明:火灾作用下两端固结的钢管混凝土柱受爆炸荷载时,柱两端首先发生剪切破坏,随后整体发生受弯破坏;随着受火时间增加,钢管耗能占比降低,混凝土塑性变形逐渐成为主要耗能机制;混凝土强度、爆炸当量与轴压比对钢管混凝土柱高温下抗爆性能影响明显,当混凝土立方体抗压强度从30 MPa增加到50 MPa,常温与受火90 min构件抗爆性能分别提高约21%与42%。     

轴心受压H型截面钢柱火灾行为的试验研究

本文对4根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉,试验结果表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,柱长3300mm。钢柱轴心受压,其中两个限制轴向变形,另两个不限制轴向变形。柱两端采用单向刀口支座,允许钢柱绕强轴转动。钢柱试验中考虑荷载大小和是否限制轴向变形两个因素。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向变形随温度变化情况。试验证明:钢柱受火时,轴向变形明显的分为膨胀阶段和压缩阶段。压缩阶段很短,一旦进入压缩阶段,钢柱很快破坏。钢柱受到的外加荷载越大,其极限温度越低。限制轴向变形的钢柱极限温度降低。试验研究为今后钢结构火灾行为研究提供了依据。     

单室受火对双层双跨组合钢框架抗火性能的影响

单室火灾是常见的火灾工况之一。本文利用自行研制的火灾试验炉,对单室火灾时2榀双层双跨组合钢框架的火灾性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火,节点不受火;梁、板受火,而柱、节点不受火二种。试验中量测了各种工况的炉温,H型钢梁、柱的翼缘、腹板及钢筋混凝土楼板中的温度分布,分析发现组合梁在三面受火时裸钢的温度相差很小,而混凝土中的温度与裸钢的差异较大;与钢的升温曲线不同的是,混凝土的升温曲线在加温初期由于内部凝结水等开始蒸发,使温升曲线存在有一平缓阶段,且随着距受火面距离增大混凝土的温升曲线有明显的滞后现象,当炉温和裸钢的温度开始下降时,混凝土的温度却仍在升高。文中还量测了一层框架柱中点、柱顶的水平位移和二层柱顶的位移,对框架的变形性能和破坏现象进行了分析介绍。     

钢管砂轻混凝土轴压短柱力学性能研究

为了研究钢管砂轻混凝土短柱的轴压性能,以砂轻混凝土中河砂与陶砂的体积比例为变化参数,制作了3个圆钢管砂轻混凝土短柱试件和3个方钢管砂轻混凝土短柱试件,进行了静力单调轴压性能试验。观察了试件的受力过程和破坏形态,获取并分析了试件的应力-应变全过程曲线,基于统一强度理论、极限平衡理论和叠加理论分别计算了钢管砂轻混凝土短柱试件的轴压极限承载力。结果表明:钢管砂轻混凝土轴压短柱的外部钢管均向外屈曲,核心砂轻混凝土被压碎,方钢管砂轻混凝土短柱上部破坏程度较圆钢管砂轻混凝土短柱严重;钢管砂轻混凝土短柱的应力-应变曲线存在弹性、弹塑性和塑性三个受力阶段;建议采用基于叠加理论的AIJ-1997(CECS 159:2004或AIJ-1997)进行圆(方)钢管砂轻混凝土短柱轴压极限承载力的设计计算。     

组合钢框架火灾时破坏机理实验研究

文章利用自行研制的火灾试验炉，对二种不同连接形式的4榀单层单跨组合钢框架在火灾作用下的破坏行为进行研究，火灾工况包括：梁、板、柱同时受火、节点不受火和梁、板受火而柱、节点不受火二种。实验中量测了各种工况的炉温，H型钢梁、柱的翼缘、腹板及钢筋混凝土楼板中的温度分布，比较发现裸钢的温度相差很小，而埋入混凝土中的钢的升温曲线与裸钢的有较大差异；混凝土的升温曲线则与钢的升温曲线差别较大，加温初期不久由于混凝土凝结水等的原因致使温升曲线存在有一平缓阶段，且随着距受火面距离增大混凝土的温升曲线有明显的滞后现象。当炉温和裸钢的温度开始下降时，混凝土的温度却仍在升高。文中还对框架的变形性能作了简要的介绍，对引起组合钢框架的火灾破坏行为和混凝土楼板裂缝形成的原因进行了分析。     

钢框架边节点抗火性能的试验研究

对8个H型截面钢框架边节点进行了抗火性能的试验研究。全部火灾试验在自行研制的火灾试验炉内进行,试验过程表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,钢柱长3000mm,钢梁长1350mm,钢柱两端铰接,梁柱节点分为栓焊连接、全焊连接和端板连接。考虑节点形式、是否带加劲肋和端板连接节点的端板厚度三个影响因素。通过试验,得出了节点的破坏形式和节点转角随温度变化的规律。试验结果表明:火灾下,节点破坏的形式和节点的连接方式、是否带加劲肋有关;加劲肋的存在提高了端板连接节点的极限温度。     

高温下钢管自密实混凝土界面接触热阻试验研究

钢管混凝土结构的火灾性能研究通常要考虑钢管和混凝土的界面接触热阻问题,本文对钢管自密实混凝土柱的界面接触热阻进行了试验研究。制作了8个钢管自密实混凝土柱,依据Fourier定律和Newton冷却定律得到了钢管混凝土界面接触热阻的求解方法。利用有限元和多项式拟合外推得到界面温度,得出钢管混凝土接触热阻随着钢管界面温度的变化规律。试验结果表明,未受载的钢管自密实混凝土界面接触热阻平均值范围在0.002~0.01m2·K/W,与其他文献结果相比有一定可靠性。     

高温后钢管再生混凝土轴压性能试验及承载力计算

为了揭示高温后钢管再生混凝土的轴压性能,以再生粗骨料取代率、历经最高温度、高温时长和混凝土强度为变化参数,设计了44个钢管再生混凝土试件进行高温后的静力加载试验。观察了高温前后试件的物理及力学性能变化,得到了受力破坏过程及形态,获取了受力全过程的荷载-变形曲线及峰值荷载、峰值位移、初始刚度、延性系数、能量耗散等特征点参数,并分析了各变化参数对试件轴压性能的影响,最后探讨了高温后钢管再生混凝土轴压极限承载力的计算方法。研究结果表明:随着历经温度的升高,钢管再生混凝土试件外观颜色由浅褐色转变为灰白色,其质量烧失率逐渐增大,试件的承载力和刚度逐渐降低;再生粗骨料取代率和高温时长的变化对高温后钢管再生混凝土轴压短柱力学性能影响不大;混凝土强度等级越高的试件,其遭受高温后的承载力和刚度也越大。     

载人航天器火灾安全研究进展

理论上和实际上, 载人航天器都有发生火灾的可能, 载人航天器的火灾安全问题是微重力燃烧研究的重要内容. 氧气浓度和气流速度对给定固体材料的可燃性具有显著影响,在固体表面的逆向和同向传播火焰中, 都存在由氧气浓度和气流速度决定的可燃极限, 即气流速度较高时的吹熄和气流速度较低时的冷熄. 极限氧气浓度和极限气流速度两个极限参数, 是衡量材料可燃性的关键指标. 在微重力条件下, 当低速气流存在时, 固体材料发生有焰燃烧和闷烧的可能性都大大增强. 因此, 剔除材料中的潜在燃料是航天器防火的主要措施.但是, 在航天器使用的材料中, 仅有很少一部分是阻燃的, 为了保证火灾安全, 还必须采取火灾检测和灭火措施. 当前美国和俄罗斯采取的火灾安全方案, 既有相似性, 也有各自的特点. 在载人航天器的火灾安全问题中, 尚有很多问题和方案有待研究或检验. 考虑到我国的实际情况, 作者认为, 通过实验对照和数值模拟的方法, 开展材料在微重力条件下的燃烧特性的常重力模拟, 对于我国载人航天器的火灾安全具有现实意义.      

林火飞过程的模拟计算

从理论上分析了森林火灾中飞火的形成过程,依据能量守恒建立了飞火形成及传播过程的理论模型,通过对飞火距离的计算分析,研究了各种因素的飞火过程的影响。     

小型静态火旋涡的实验研究

本文介绍了一种研究火旋涡的实验方案，利用火旋涡发生器测量了火旋涡的温度分布，并对火旋涡的旋转速度、燃烧速率及进风口风速等物理量与进风口大小之间的关系进行了初步的分析．实验中观察到的火旋涡稳定，明显，效果理想．     

A review on research of fire dynamics in high-rise buildings

Since serious fire occurred frequently in recent years, fire safety of high-rise building hasattracted extensive attention. A National Basic Research Program (973 program) of China has been setup by Ministry of Science and Technology (MOST) of China in 2012 to meet the research requirementsof fire safety in high-rise buildings. This paper reviews the current state of art of research onfire dynamics of high-rise buildings, including the up-to-date progress of this project. Thefollowing three subjects on fire dynamics of high-rise buildings are addressed in this review: theejected flame and fire plumebehavior over facade out ofthe compartment window, the flame spread behavior over facade thermal insulation materials, and the buoyancy-driven smoke transportationcharacteristicsalong long vertical channels in high-rise buildings. Prospective future works are discussed andsummarized.     

On the influences of key modelling constants of large eddy simulations for large-scale compartment fires predictions

An in-house large eddy simulation (LES) based fire field model has been developed for large-scale compartment fire simulations. The model incorporates four major components, including subgrid-scale turbulence, combustion, soot and radiation models which are fully coupled. It is designed to simulate the temporal and fluid dynamical effects of turbulent reaction flow for non-premixed diffusion flame. Parametric studies were performed based on a large-scale fire experiment carried out in a 39-m long test hall facility. Several turbulent Prandtl and Schmidt numbers ranging from 0.2 to 0.5, and Smagorinsky constants ranging from 0.18 to 0.23 were investigated. It was found that the temperature and flow field predictions were most accurate with turbulent Prandtl and Schmidt numbers of 0.3, respectively, and a Smagorinsky constant of 0.2 applied. In addition, by utilising a set of numerically verified key modelling parameters, the smoke filling process was successfully captured by the present LES model.     

自动武器非平稳随机振动响应及其射击密集度研究

本文就自动武器在射击过程中非平稳随机振动进行了研究，求解了自动武器在射击过程中的非平稳随机响应。同时，利用自动武器在射击过程中的非平稳响应对射击密集度进行了研究。     

火灾下混凝土结构破坏模拟的纤维梁单元模型

为分析和模拟结构构件在火灾下的失效破坏过程,本文基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元模型,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型.此模型将构件截面划分成多个纤维,从而可以模拟构件截面的不均匀温度场分布以及高温下混凝土材料的开裂、压碎和钢筋屈服等行为.并根据全拉格朗日描述方法,推导了纤维梁单元的切线刚度矩阵,建立了纤维梁单元的增量求解方程.最后,将本文模型的模拟结果和多个具体试验结果进行了分析比较,进一步验证了模型的可靠性.     

火灾下无粘结预应力筋应力-应变全过程分析

火灾下预应力筋的膨胀应变、高温蠕变较大,对其受力的影响也较大。提出了通过对火灾下各时间段、各微段无粘结筋膨胀应变、高温蠕变以及无粘结筋总伸长量的分析来得到无粘结筋应力以及应力引起的应变,从而完成无粘结筋应力一应变全过程分析的方法。计算借助编程完成,将火灾下无粘结筋应力变化的计算值与相关的试验数据进行比较,吻合程度较好。...