火灾下箱板装配式钢结构温度分布规律研究

以一个模块单元组成的单层箱板结构和三个模块单元组成的三层箱板整体结构为研究对象，通过建立7种不同火灾场景下的火灾动力学模型和瞬态热分析模型，对比分析得到箱板钢结构空气温度场分布规律及结构传热规律。结果表明：当火源位于结构内部不同位置时，不同分区的温度-时间曲线差异较大，相比室内采用统一升温曲线的传统计算方法，分区计算更符合实际情况；空气温度场与结构温度场分布规律总体呈现一致趋势，火源所在楼层的温度随空间高度升高而升高，而由于楼层之间的密闭性和热空气的向上流动，火源上方楼层的温度曲线较为缓和，火源下方的楼层温度会较低且分布更均匀，体现了单层和三层箱板式钢结构室内空气温度场的分层性和区域性。     

钢结构装配式变电站一体化围护结构抗火性能研究

当前钢结构装配式变电站仍存在围护结构装配化程度低、主体结构防火构造与围护结构不匹配等技术问题,基于此,提出了一种适用于钢结构装配式变电站的一体化围护结构,一方面实现对梁柱的防火保护,同时也可以实现防火板与墙板的一体化。对单榀钢框架进行了足尺抗火试验,并对不同厚度蒸压轻质混凝土防火板(ALC板)的抗火性能进行了有限元分析。结果表明：由50mm厚ALC板+50mm厚岩棉层+50mm厚ALC板组成的一体化墙板和使用100mm厚ALC板作为梁柱防火板的主体结构均能满足ISO-834标准火灾模拟下的耐火极限要求。     

火灾下张弦梁结构的性能分析(英文)

基于实用大空间火灾空气温升模型和张弦梁结构三维整体有限元模型,对火灾下整体结构的抗火性能进行了模拟分析.研究对比了不同火源面积和高度下结构的温度场分布、位移和应力特征、钢索的应力变化和结构破坏模式,得到了不同火灾下张弦梁结构的极限耐火时间.分析结果表明:在火灾作用下由于张弦梁结构局部构件变形过大不能继续承载,导致整体结构失稳和倒塌;结构的抗火薄弱区域位于结构中心附近,结构变形不对称;火灾下引起张弦梁结构破坏的主要因素为较大的初始应力以及高温下结构刚度和强度的降低.     

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。     

车辆火灾下大跨径悬索桥抗火性能研究

为了研究不同车辆火灾规模下大跨径双层悬索桥的抗火性能,以主跨2 180 m的特大跨径双层悬索桥为研究对象,首先利用火灾动力学软件FDS建立悬索桥热分析模型,研究不同火源功率、火源位置、环境风向等因素对双层悬索桥的温度分布规律的影响,得到悬索桥关键构件温度-时间关系曲线。然后,利用有限元软件ABAQUS开展双层悬索桥热-力耦合数值仿真分析,选取高温下钢材及高强钢丝热工参数,研究悬索桥吊杆、加劲梁、桥面板的高温力学性能时变特征,对比不同环境风速、桁架高度、火源特性及位置等工况下双层悬索桥结构应力、变形及构件损伤行为,确定特大跨径双层悬索桥抗火关键部位及其耐火需求。最后,基于数值模拟结果,初步提出了双层悬索桥结构防火设计建议。结果表明：受火桥段的应力发展及失效位置与火源位置、功率及环境风向密切相关。当车辆起火位置位于桥梁下层时,由于桥面铺装隔热作用,下层结构受火灾影响较小。而热气流致使上部结构温度明显高于下部,火源附近的上层纵横梁、桥面板和吊杆等构件温度快速上升。由于钢材热膨胀效应,导致构件快速升温膨胀,膨胀时受到周围杆件的限制,导致压应力逐步增加。（1）火源位置：当火源位于横桥向中间车道,高应力区域集中在非机动车道上层纵横梁及桥面板。当火源位于横桥向非机动车道时,火源附近的上层桥面板发生强度破坏。（2）火源功率：随着火源功率增加,火场对桥梁高温影响效应增强,关键构件温度均逐渐增大,高温影响范围变大。火源功率为30 MW,在6 000 s内未发生强度破坏;火源功率为100 MW,其耐火时间为653 s;火源功率为200 MW,其耐火时间为413 s。可以看出,随着火源功率增大,桥梁结构耐火时间显著降低,最大降低可达93.11%。（3）环境风向：当火源位于横桥向应急车道,在外向风作用下,与两侧桁架相连的上层桥面板发生强度破坏;在内向风作用下,非机动车道附近的上层桥面板发生强度破坏。在内向风作用下受火桥段耐火时间为528 s,与外向风工况下相比,其耐火时间增加了3.0%。针对车辆火灾下大跨径双层悬索桥,应根据受火结构危险性进行抗火等级划分,并按等级进行分级抗火防护设计。     

热力耦合作用下单层钢结构框架力学性能研究

基于有限元分析方法进行了热力耦合作用下的单层钢结构框架力学性能研究,分别根据钢结构框架承受力载荷、火灾栽荷及热力耦合作用下的柱顶、梁跨中等关键位置的温度、应力、应变等变化过程,计算出无保护层钢结构框架失效的临界温度、耐火极限等参数.研究表明,梁和柱的节点、梁跨中等部位是钢结构防火的关键所在.     

箱板式钢结构住宅模块单元受力机理的有限元分析

箱板式钢结构是一种新型装配式结构体系,其借鉴了船舶上层建筑的设计理念。采用数值方法对两层箱板式钢结构住宅模块单元在水平单调荷载作用下的破坏机理及其极限承载力进行研究,提出模块单元角部加强的措施,分析了墙板高厚比、扶强材与墙板截面模量比以及墙板所受竖向荷载F与受压墙板截面总面积A和材料屈服应力fy乘积之比(F/(Afy))等关键参数对角部加强后模块单元极限承载力的影响,分析证明扶强材提高了角部加强后模块单元极限承载力,扶强材的破坏导致模块单元承载力急剧下降,截面模量比越大,下降段越缓慢。另外,在低周往复荷载作用下,对比了角部加强前后模块单元的滞回性能,同时也对比了角部加强后去掉与未去掉扶强材的模块单元的滞回性能,通过分析表明,角部加强措施能提高模块单元极限承载力,且显著改善模块单元的耗能能力。     

轻质防护的装配钢柱耐火性能试验研究

为研究装配式钢结构柱的耐火性能,开展不同壁厚的方钢管柱在不同防火保护方式、不同荷载比、轴心及偏心受力情况下的耐火性能试验,分析了装配钢柱火灾下的试验现象、破坏形态,探讨了钢柱壁厚对升温的影响、防火保护对耐火极限的影响、钢柱变形特点及耐火极限,对装配式钢结构防火保护提出建议。     

装配式模块建筑组合钢柱耐火性能试验研究

采用耐火试验炉对装配式模块建筑四柱组合的钢结构构件开展不同防火保护条件下的试验研究,分析了模块建筑组合钢柱在火灾下的试验现象、升温曲线、变形特点及破坏形态,获取了模块建筑组合钢柱的耐火极限,以此对模块建筑组合钢柱的防火保护构造提出了设计建议。结果表明：8 mm厚的组合钢柱构件,在双层20 mm高性能防火石膏板的保护下,耐火极限不低于2.50 h,满足二级耐火等级建筑要求;在双层12 mm厚纤维增强硅酸板和60 mm厚岩棉的保护下,耐火极限不低于3.00 h,满足一级耐火等级建筑要求;在三层高性能防火石膏板（15 mm+20 mm+20 mm）的保护下,耐火极限不低于4.00 h。     

箱板装配式组合墙耐火极限研究

箱板装配式组合墙具有良好的抗震性能，为使组合墙在实际工程中满足设计标准要求的耐火极限，对其设计了抗火构造措施，并建立了耐火极限分析模型。模型中对组成抗火构造措施的各部分：岩棉厚度、龙骨间距和开孔排数、石膏板层数和厚度、覆面板材种类、高厚比、轴压比进行参数分析。结果表明，当岩棉厚度超过100 mm后，增加岩棉厚度能更加有效地提高墙体的耐火极限；增加受火面覆面板材厚度和层数也可大幅度提升耐火极限；轴压比对耐火极限影响显著，而龙骨间距和开孔排数几乎无影响。根据上述分析结果提出抗火优化设计方法，为箱板装配式体系防火设计提供理论支持。     

蔓延火灾下混凝土框架连续倒塌数值分析

为分析和模拟多层混凝土框架结构在蔓延火灾下的反应规律及其破坏过程,基于纤维梁模型和楼板简化建模方法,建立了一个8层钢筋混凝土框架整体结构数值模型,分析对比了最不利位置处发生静止火灾和蔓延火灾时整体结构的力学响应。模拟结果表明,不论是静止还是蔓延火灾作用,结构短边受火工况均由于结构内力重分布能力不足发生了局部倒塌,而长边工况由于荷载传力路径较多,并未引发倒塌。相比于静止火灾,蔓延火灾作用时受火构件内力重分布次数增多,延长了整体结构的耐火极限时间。     

高层钢筋混凝土框架结构耐火性能分析

本文建立了火灾下高层钢筋混凝土框架结构的有限元计算模型,研究了高温下框架结构的变形规律、结构的破坏机制、塑性铰分布规律、受火梁的内力以及耐火极限。分析表明,本文高层钢筋混凝土框架结构火灾下发生了框架局部破坏和框架整体倒塌两种破坏形态;框架局部破坏情况下,当发生破坏的框架梁位于框架高度中间时,框架的耐火极限较大,当发生破坏的框架梁位于框架顶部或底部时,框架的耐火极限较小。     

建筑钢结构防火设计规范及要点

作为一种常用的建筑材料,钢材虽然具备强度高、延性好、装配式施工方便等一系列的优点,但其防火性能较差。钢结构在高温下会丧失承载能力,导致结构的破坏、局部或整体垮塌。为保证钢结构建筑的火灾安全,为人员疏散、消防灭火救援、财产转移等创造充分的时间条件,建筑钢结构构件应具有一定的耐火极限。随着《建筑钢结构防火技术规范》(GB 51249—2017)、《钢结构防火涂料》(GB 14907—2018)等新规范的发布与施行以及相关协会或团体标准的修订,钢结构防火设计方法发生了重大变化,由经验设计方法转变为基于结构构件耐火极限验算的量化设计方法。对国内现行钢结构防火设计相关的规范体系进行了梳理,并介绍了典型钢结构防火设计方法和流程。     

闭口型压型钢板-再生混凝土组合楼板抗火性能研究

闭口型再生混凝土组合楼板兼具组合结构的优点与固废利用的特点，但高温下再生混凝土热工和力学性能与普通混凝土有明显差别，进一步造成了相应结构构件火灾下抗火性能的差异。为此，对闭口型再生混凝土组合楼板基于承载能力的耐火极限进行了试验与有限元研究，主要参数为再生粗骨料取代率、板型与荷载水平，分析挠度与不同位置处的温度发展，并建立了适用于该类楼板耐火极限简化计算方法。结果表明：受火90 min后，压型钢板与混凝土未发生分离，组合楼板保持了较好整体性；压型钢板闭口位置温度明显低于受火面底钢板，相同位置处再生混凝土组合板温度低于普通混凝土板；耐火极限受取代率的影响较小，再生混凝土组合板相对普通混凝土板耐火极限提高幅度在1.2%～9.2%,且远超过一级耐火极限90 min的要求；考虑钢板闭口部分受弯承载力贡献提出了耐火极限简化计算式，其可较好地预测组合板耐火极限。     

高大空间火灾空气升温条件下整体网架抗火性能分析

为了研究网架在高大空间火灾空气升温条件下的抗火性能,结合某正放四角锥网架,采用有限元方法对网架在高大空间温度场下的抗火性能进行模拟分析。火源中心分别选择了3种不同位置对结构进行温度场划分和抗火分析。确定网架结构的耐火极限准则,得到不同工况下结构的极限抗火时间;研究不同工况下结构的内力、位移等响应变化过程及分布规律;同时对比分析各工况下网架结构抗火性能的差异。     

某机场航站楼钢结构火灾安全性评估

利用经验公式和FDS模拟两种方法分别计算钢结构可能达到的最高温度。设航站楼钢结构失效温度为300℃。场景A:火源位于二层办票厅内办票岛处,火灾最大热释放速率5.7MW,经经验公式及FDS模拟其屋顶最低点钢构件温度分别为78.4℃、69.8℃。场景B:火源位于二层候机厅左侧商店内,自动喷水灭火系统和排烟系统失效时火灾最大热释放速率16.9MW,经FDS模拟屋顶最低点钢构件温度为249.6℃。两场景均能满足防火安全性要求。为提高安全性,应确保自然排烟窗有效,并对航站楼内钢柱进行防火保护,保护高度不低于8m,耐火极限不低于2h。     

大跨钢结构抗火设计方法

介绍大跨钢结构构件及整体结构的抗火设计方法。依据工程实例,设定火灾场景,采用数值模拟的方法确定火灾温度场,通过考虑对流和辐射传热确定结构构件的温度。考虑火灾和荷载的组合效应对构件承载能力进行验算,分析整体钢结构的应力、位移变化,得出耐火时间,指导大跨钢结构构件和整体结构的抗火设计。     

火灾下焊接空心球节点的温度场分析

基于火灾高温下网格结构的应力特征和火灾性能,按照EuroCode 3和国际标准升温曲线(ISO834 ),对焊接空心球节点火灾高温下的性能进行了非线性有限元数值模拟.研究了焊接空心球节点火灾高温下温度场的分布规律和影响因素.研究结果表明,通过降低焊接空心球节点实际承受的荷载比和外焊钢管的厚度可以有效延长其极限耐火时间,并且焊接空心球节点在受拉时的极限耐火时间比受压时的长.     

海口双子塔-南塔钢结构抗火设计

海口双子塔-南塔结构体系外侧为巨型钢管混凝土柱+钢支撑框架,内部为钢板混凝土核心筒,二者之间为钢结构组合楼盖,需进行抗火设计。采用临界温度法对结构进行抗火设计,基于抗火设计结果建立热-固耦合整体结构模型,继而进行抗火灾连续倒塌分析。分析时考虑了高温下构件材料的刚度、屈服强度等折减以及构件的温度应力,同时对耐火极限后的构件损坏进行了评价。结果表明,采用临界温度法抗火设计以及基于整体结构的火灾全过程分析,基本可实现建筑结构在火灾时的抗连续倒塌设计目标,其中大跨组合钢次梁为防连续倒塌薄弱构件,转换梁及钢结构节点需进行防火加强。     

钢框架结构整体抗火性能的数值分析

钢结构耐火性能差,其强度及弹性模量等基本力学指标在高温下急剧下降,一旦发生火灾往往导致结构倒塌。目前国内的钢结构设计主要采用试验的抗火设计方法,很难模拟荷载分布、大小等情况的影响,而通过数值计算进行抗火性能研究则可以合理的确定钢结构抗火极限及防火保护措施。本文考虑静力荷载和温度应力的影响,对钢框架进行整体抗火极限状态数值分析。