秦岭特长公路隧道火灾温度场分布试验研究

特长公路隧道火灾，补救图难，易造成严重损失，是影响隧道安全运营的一个关键因素。借助火灾模型试验，以火灾规模和通风风速作为两个主要的影响因素，研究了火灾时隧道内温度场的纵向及横向分布规律，以及火灾时温度场的扩散范围。并根据试验成果对秦岭隧道结构的防火措施、设备的布置方案、火灾时通风风速的设定以及行车距离的限制等给出了合理的建议。     

隧道火灾研究现状综述

简述了隧道火灾的特点、危害性及其烟气控制方法,回顾了国内外对隧道火灾的研究现状,着重介绍了隧道火灾热释放速率、纵向通风的临界风速方面的试验研究成果,并介绍了火灾时隧道内烟气流场、温度场的数值模拟,以及应用于地铁的环境模拟计算程序SES。最后,提出了在隧道火灾及其烟气控制方面今后需要研究的几个问题。     

公路隧道火灾通风计算的改进

现有的公路隧道火灾通风计算方法,是按正常运营通风设计的风机配置,考虑火灾发生后一定数量风机的损坏,计算火灾情况下能够提供的隧道内风速,用该风速和阻止烟流逆流的临界风速比较来验算火灾时期通风的安全性。但在公路隧道的火灾过程中,火灾烟流阻力确实存在,且对隧道火灾时的烟气流动影响较大。本文将烟流阻力引进传统的公路隧道通风计算中,给出了公路隧道火灾通风时的改进计算公式。通过算例,证明了改进的计算方法更符合隧道火灾时实际概况,为隧道火灾时的通风控制提供了科学依据。     

火灾工况下公路隧道竖井通风模式试验研究

为了建立火灾工况下有效的竖井通风模式,通过大比例火灾模型试验,对不同通风模式下,主隧道、风道及竖井内温度场的传播分布、烟流蔓延扩散规律进行了研究。试验模型隧道长100 m,内径1.8 m,设有直径1 m的送风竖井、排风竖井各一座。火源采用燃烧床盛放油料模拟,试验中设定了A、B、C三个火灾规模用以模拟实际隧道火灾场景,考虑了三个火灾位置:火灾位置I、II和III。试验结果表明随着通风风速、火灾规模、火灾位置的不同,隧道、通风道及竖井内温度场分布及烟流流动差异很大,而且随着时间的推移,其分布发生显著变化。这表明当隧道中发生火灾时,应根据火灾点与竖井的相对位置分阶段,实施不同的通风模式。基于试验结果,建议了秦岭隧道火灾时的有效通风模式。     

断面宽度对纵向通风隧道火风压影响研究

针对不同断面宽度隧道中发生火灾时的火风压变化问题,利用Fluent软件模拟隧道内发生火灾的情况,分析隧道宽度对临界风速的影响以及隧道宽度、火源功率和通风速度对火风压的影响。研究表明,火源功率较小时,宽度越小的隧道,临界风速越大;随着火源功率的增大,临界风速之间的差距减小。火风压中火区绕流阻力和热烟摩阻增量会随着风速的增大而相互作用。导致火风压会先随风速的增大而增大,到达一个峰值后会随着风速增大而减小,最后当通风速度增大到临界风速后趋于稳定的数值。随着隧道宽度的增大,通风速率对火风压的影响逐渐减弱。建立不同宽度隧道在不同通风速率和火源功率下的隧道火风压计算公式,为隧道火灾通风设计提供参考。     

公路隧道火灾纵向通风风速模拟研究

本文运用FDS软件,对1000 m单向单车道公路隧道火灾进行了模拟。通过20 MW火灾时温度场的发展、烟气的蔓延、烟气层高度的变化,对比分析了不同纵向风速对火灾的控制效果。得出了在该模型条件下,纵向通风风速在2.7 m/s时,排烟效果最为显著。     

单洞双向公路隧道火灾人员疏散救援研究

为了研究单洞双向公路隧道在发生火灾时隧道内部人员的逃生问题,首先结合PHOENICS计算软件建立了某特长单洞双向隧道的计算模型,其次参考实际情况选取了5 MW、20 MW及30 MW下的共计27种火灾计算工况,通过计算得出了火灾的烟雾场、温度场、CO、能见度以及控制风速的情况。进一步结合以上研究成果,并借助于Pathfinder人员疏散软件,以Crane修正模型及FED死亡模型为基础,同时以“高温CO”叠加伤害为原则,进一步从上述27种工况中选取10种典型计算工况对人员的疏散逃生情况进行了分析研究。研究得出:对于火灾规模为20 MW时,在交通堵塞的情况下人员能够在613.5 s内安全疏散,且无人员死亡;当火灾规模为30 MW时,在交通堵塞的情况下,主隧道纵向通风风速为1.0 m/s和2.0 m/s时,人员不能安全疏散,主隧道纵向通风风速为3 m/s时,人员能安全疏散,但疏散速度最慢的人员安全性难以保证,故建议30 MW火灾下主隧道的纵向通风风速应大于3 m/s。     

公路隧道火灾温度场的分布规律研究

隧道火灾随着通风风速和火灾规模不同 ,其温度场也发生了变化 ,本文对五种不同风速下的三种火灾规模进行了试验 ,研究了火区内和火区下游最高温度的变化规律、温度随时间的变化规律、温度沿隧道纵向分布规律、温度沿隧道横断面分布规律等 ,这对公路隧道防灾减灾设计有现实的指导意义。     

设排烟道隧道的烟气逆流长度与临界风速研究

隧道火灾是运营公路隧道的主要灾害。为有效控制隧道火灾,采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了设排烟道隧道的火灾烟气逆流长度与临界风速。以国内常见的双车道隧道尺寸建立模型,分析了排烟速率和纵向通风速率对烟气逆流长度的影响,提出了临界风速的预测模型。并将其通风效果与常规未设排烟道的纵向通风做了比较。结果表明:未设排烟道时,纵向风速还未达到临界风速时,火灾下游烟气的层化状态就已破坏。设排烟道能及时排出火灾产生的烟气,有利于保持烟气的层化状态,有效改善火灾时的隧道环境,为火灾下游人员的疏散救援提供了有利条件。同时,设置排烟道有利于减小逆流长度和临界风速。随着排烟速率的增大,相应的临界风速呈指数函数递减的特性。     

公路隧道火灾温度场的分布规律研究

隧道火灾随着通风风速和火灾规模不同，其温度场也发生了变化，本文对五种不同风速下的三种火灾规模进行了试验，研究了火区内和火区下游最高温度的变化规律、温度随时间的变化规律、温度沿隧道纵向分布规律、温度沿隧道横断面分布规律等，这对公路隧道防灾减灾设计有现实的指导意义。     

钢筋混凝土三跨连续板中跨受火试验研究

对足尺钢筋混凝土三跨连续板进行了恒载下中跨受火试验研究 ,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。通过试验 ,给出了钢筋混凝土连续板在高温下的变形、温度分布规律 ;分析了连续板的内力重分布和破坏机构的特点     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

贴壁线性火源在综合管廊电缆舱中的火灾行为研究

在缩尺寸管廊模型中进行电缆火灾试验,在距离管廊底部15,45,75,105 cm处贴壁放置线性火源,研究贴壁线性火源在不同高度处的火灾行为.通过试验分析发现,与点火源不同,线性火源的热释放速率随着高度的增加而减小;对有效火焰高度进行修正,通过拟合得到有效火焰高度的预测式;对羽流区和射流区的横向温度分别进行分析,得到横向...     

变电站电缆沟火灾探测试验与数值仿真研究

摘 要：为探讨火灾探测器灵敏度对电缆沟火灾响应的影响程度,验证火灾监控系统的准确性,应用点式温度探测器、点式烟雾探测器、电缆式感温探测器和吸入式烟雾探测器4种火灾探测器,在标准变电站电缆沟防火分区内进行了全尺寸电缆火灾试验,测试不同灵敏度火灾探测器的火灾报警序列。根据电缆沟的实际尺寸,利用FDS搭建模拟明火和阴燃两种不同火灾场景,对不同灵敏度火灾探测器的温度场、有毒气体质量浓度和火灾报警顺序进行了分析和讨论。试验结果表明,在变电站电缆沟火探测中,电缆式感温探测器、吸入式烟雾探测器、点式感烟探测器火灾平均响应时间分别为41.2,111.4,331.8 s;吸入式感烟探测器的灵敏度对探测结果影响较大,其火灾报警响应时间比电缆型线性温度探测器约延迟50%。     

铝合金板式节点网壳破坏性火灾试验

为研究铝合金板式节点网壳结构在火灾下的破坏模式,采用柴油油池火对一网壳缩尺模型进行了2次破坏性火灾试验。研究结果表明,当火源功率为2MW(对应原型火源功率为110MW)且置于地面位置燃烧时,铝合金网壳模型所产生的变形均在试验结束后恢复,且未观测到影响结构宏观承载性能的永久变形。为了模拟局部特大功率火灾场景,将同功率火源抬高1.35m再次试验,网壳模型在火源点燃后第528s时发生倒塌破坏。其中,破坏模式包括部件熔化、杆件断裂和弯扭失稳。由试验结果可知,大空间的不均匀温度场分布对结构承载有利,设计中可采用场模拟或经验式考虑水平温度梯度的有利影响。此外,采用PyroSim和FDS进行了试验模型的温度场分析,通过对比空气温度 时间曲线和烟气流动情况,验证了所建立的模型的可靠性。     

综合管廊内防火隔板对电缆火蔓延的影响

以苏州城北路综合管廊标准段为参考建立FDS全尺寸火灾数值仿真模型,模拟分析综合管廊电力电缆舱室发生火灾时的火势发展形势、温度分布。在管廊左、右两侧设置了4层电缆,分有、无防火隔板两个场景研究防火隔板对火势发展及温度分布的影响。结果表明：未设置防火隔板时,管廊内发生火灾时火势的发展方向首先以横向蔓延为主,顶部电缆随着火势的扩大及烟气聚集传热发生燃烧最后向管廊的其他区域蔓延。设置防火隔板后,竖向火的蔓延时间延缓了约40%,管廊内最高温度降低约18%。     

火灾下梁柱连接节点力学性能研究

节点是结构受力的关键部位,深入了解和研究其在火灾下的力学性能至关重要.采用有限元软件ABAQUS建立火灾作用下节点的温度分布和受力性能的分析模型,理论计算结果得到试验结果的初步验证.利用理论模型,初步分析了火灾作用下梁柱节点温度场及其力学性能的变化规律.     

特高压变压器水喷雾消防管网耐火能力提升措施研究

特高压变电站的固定灭火系统完好是实现其灭火能力的重要前提。首先,通过对现有标准中消防管网耐火能力试验方法进行对比,结合特高压变压器实体火灭火试验数据,明确了特高压变电站水喷雾灭火系统消防管网耐火能力现状。其次,利用气体燃烧器原理设计试验火源,测试结果显示试验火源温度与全尺寸特高压变压器实体火灭火试验中测到的温度较一致,利用该试验火源开展试验能符合实际工况。最后,通过对比试验给出了水喷雾消防管网耐火能力提升建议,为实际工程改造与建设提供参考。     

秦岭特长公路隧道火灾温度场的数值模拟

近年来世界各国的隧道火灾事故引发人们对隧道安全问题进行了广泛的探讨,尤其是对长大公路隧道的安全问题越发关注。由于隧道结构的特殊性,使得隧道内发生火灾时的状况格外复杂,其中烟流和温度扩散对隧道安全构成严重威胁,因此对隧道火灾温度场的深入研究将有利于隧道火灾预防及救援工作的展开。为了向秦岭特长公路隧道的防灾预案提供可靠依据,采用计算流体力学方法,利用商业CFD软件STAR-CD对秦岭特长公路隧道火灾温度场进行数值模拟,研究其纵、横断面的温度分布情况,数值模拟提供了较详细的数据和变化特征,为秦岭特长公路隧道的防灾救援提供了技术依据,也对认识其他长大公路隧道火灾灾变机理也有一定的参考作用。     

使用损伤钢筋混凝土柱高温作用下受力性能试验研究与有限元分析

为研究裂缝对火灾下钢筋混凝土结构性能的影响,设计4个足尺寸钢筋混凝土偏压柱试件,以裂缝宽度ω作为损伤指标,加载使其产生ω分别为0.05、0.10、0.15、0.20mm的裂缝,继而对不同使用损伤的柱试件进行四面受火试验。试验研究表明：受火后裂缝宽度发展约为受火前10倍,深度约为受火前3倍;使用损伤愈大,柱极限耐火时间愈短。假定火灾下裂缝宽度、深度开展与受火试验升温时间成正比,采用ANSYS软件对偏压柱截面进行温度场有限元分析。结果表明：有限元分析得出的截面温度与试验实测温度有较好的拟合性;沿柱截面高度方向温度分布存在一个温度畸变平台且使用损伤越大平台越长,导致截面高温下承载力显著退化;沿柱计算长度方向各截面温度分布发生变化,有限元分析中假设沿柱计算长度方向各截面温度分布相同的结论不再适用。提出考虑损伤平台的高温下混凝土柱承载力简化计算模型,显著提高了计算精度,证明了该方法的正确性和可靠性。