铝合金板式节点网壳非破坏性火灾响应试验研究

为研究铝合金板式节点网壳结构在实际火灾下的响应,针对一网壳缩尺模型进行了结构受火试验.采用柴油油池火作为火源,考虑不同的火源功率、火源位置和通风条件,设计了8个受火场景.在结构受火试验前,进行了两次柴油燃烧特性试验,并将试验结果与经典羽流模型的预测值进行了对比分析.结构受火试验结果表明:空间温度场在大空间火灾下分布不均匀,且火源位置和火源功率对结构温度场分布具有较大影响;在各受火场景中,大功率火源位于结构角部且通风条件不佳时为最不利火灾场景;在该火灾场景下,所测得的最高空气温度为128℃,而杆件和节点板的最高实测温度分别为92℃和84 ℃;在所有结构模型受火试验过程中,均发现网壳发生起拱变形,但试验结束后变形可恢复,且未观测到其他破坏现象.对试验过程进行数值模拟,结果表明火灾下结构的热膨胀变形可能提升其稳定承载力,因此在设计时建议分别基于有热膨胀变形和无热膨胀变形的结构进行稳定承载力分析,并取两者结果中的较小值作为结构火灾下承载力的设计值.     

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。     

凯维特单层球面网壳抗火性能研究

利用软件ABAQUS进行了凯维特单层球面网壳抗火非线性全过程分析,研究了网壳结构火灾高温下变形发展规律、耐火极限状态以及耐火极限的影响因素。分析表明,火灾中的网壳首先表现为以热膨胀变形为主,然后由于材料软化导致整体失稳;火源位置对网壳的耐火极限有明显的影响;承载水平升高,耐火极限降低。     

火灾下凯威特单层球面网壳非线性分析

以凯威特K6型单层球面网壳为分析对象,采用火灾动力模拟软件FDS模拟大空间火灾温度场,利用有限元软件ANSYS进行火灾下结构的非线性分析,研究网壳结构在火灾高温下的极限荷载、结构的缺陷敏感性及失稳模态的影响因素和变化规律。结果表明,火灾中的网壳结构在升温初期以热膨胀为主,极限荷载增大,而后随着温度的升高,材料软化,极限荷载迅速降低;矢跨比、火源位置、支承条件及初始缺陷对火灾下网壳结构极限荷载的影响有较好的规律性;升温对网壳结构缺陷敏感性的影响与温度场分布有关;失稳模态在火灾迅速升温阶段会发生根本性的变化。     

蔓延火灾下钢框架结构抗火性能试验研究

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律,对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验,测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段,受火70min时室内火灾达到全盛,测得火灾烟气层最高温度730℃;受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间,导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻,同时,各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段,呈现反复升降温的受火过程;受火过程中,钢构件温度变化显著滞后于火场温度,受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比,蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围,对结构安全和人员安全造成更大威胁,因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

双层网壳结构抗火性能数值分析

以老山自行车馆屋顶结构为研究对象,用FDS模拟其温度场,通过理论公式计算网壳杆件的温升,并用ANSYS进行了不同火灾场景下网壳结构抗火性能的有限元分析。分析结果表明,火源位于看台上时,高温区域内6根杆件发生了局部破坏,但并未导致结构的整体破坏;火源位于比赛场地中央时,温度应力未引起杆件的破坏。     

Research on fire resistance test of a steel frame building under spreading fire

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律，对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验，测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段，受火70min时室内火灾达到全盛，测得火灾烟气层最高温度730℃；受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间，导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻，同时，各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段，呈现反复升降温的受火过程；受火过程中，钢构件温度变化显著滞后于火场温度，受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比，蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围，对结构安全和人员安全造成更大威胁，因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

不同火源功率下地下环道火羽流运动机理研究

为研究地下环道不同火源功率下火羽流卷吸特性机理,采用数值模拟结合理论分析,设置9个典型火灾场景,定量分析火羽流温度场、烟羽流高度变化等卷吸特性。得出结论认为,火源功率对温度场影响最大,对烟气层高度影响较小;火源位于主干隧道火灾危险性最高,该位置发生火灾时不同火源功率下的温度、烟气层高度均达到人员疏散危险值。研究可补充现有受限空间的火灾动力学理论,为地下受限空间烟气控制、人员疏散及火灾综合防治提供理论依据。     

建筑高度对大空间温度场的影响

进行两组全尺寸大空间燃烧试验,验证数值模拟设计火的合理性。采用FDS模拟在火源功率恒定、建筑高度不同、建筑面积不同的火灾场景中,分析建筑高度对顶棚温度场的影响。结果发现,火源正上方顶棚处温度在建筑高度增加到9m后受高度的影响明显变小;火源中心线附近处的水平温度梯度变化非常明显,且随建筑高度的增加,变化梯度减小;距火源中心线较远处的温度变化梯度受建筑高度和面积的影响都非常有限。     

茌平体育馆弦支穹顶叠合拱复合结构抗火性能分析

随着空间结构火灾事故的逐年上升,社会对空间结构的抗火性能日益关注。结合山东茌平体育馆工程,考虑火灾升温-降温全过程温度变化,对弦支穹顶叠合拱复合结构进行火灾响应分析,获得火灾全过程中结构的变形、内力分布变化、支座反力变化等结构响应。研究表明:火灾作用下,结构的显著变形主要集中在上层网壳的外围和靠近火源的杆件,拉索的预应力损失较严重,部分杆件退出工作,支座附近的杆件发生应力集中,结构在较大的受力范围内表现为线弹性特征;受火冷却后,结构仍具有较高的承载力。