足尺震损钢筋混凝土柱耐火性能试验研究

地震次生火灾具有发生概率高、灾害破坏力强、损失巨大和机理复杂等特点,为分析震后火灾环境下钢筋混凝土柱构件的抗火性能,以钢筋混凝土柱的裂缝、混凝土剥落和残余变形作为地震损伤形式,设计了7根带有预制损伤的足尺钢筋混凝土方形截面柱,进行明火试验,研究不同几何损伤形式及损伤程度对混凝土柱的火灾破坏特征、截面温度场分布、竖向变形过程及耐火极限等性能影响规律。试验结果表明,预制损伤混凝土柱构件的火灾破坏程度明显大于无损伤混凝土柱,其中混凝土剥落对震损柱内部温度场及耐火性能的影响最大。根据足尺混凝土柱的耐火试验结果,采用ABAQUS有限元软件分析震损混凝土柱的温度场分布与耐火极限,结果表明：当试件端部产生保护层剥落时,剥落区轴向等温线向柱中心凹陷,整体呈“瓶颈”状;轴压比与剥落厚度对震损混凝土柱耐火极限有较大影响;残余变形小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的弹塑性层间位移角1/50时,残余变形对震损混凝土柱的耐火极限影响有限。通过拟合得到了混凝土柱的轴压比、残余层间位移角、剥落厚度与其耐火极限之间的量化关系式,关系式计算结果与试验结果吻合较好。     

基于混合模拟的连柱钢框架抗火性能分析

采用混合模拟方法,以三层平面连柱钢框架为研究对象,针对底层中柱受火工况,分别进行实体单元整体框架、多尺度整体框架、多尺度混合模拟整体框架、传统受火单柱的抗火性能分析,对比不同模型的耐火极限、轴向变形、轴力和侧向变形。结果表明：传统受火柱缺少约束效应,导致耐火极限偏小,其轴向变形后期变形速率较快,较大侧向变形发生较早,结果偏于保守;多尺度混合模拟结果与实体单元整体结构较为吻合,在保证精度的前提下可提高效率。本文结论验证了混合模拟方法用于整体结构抗火分析的可行性,也为结构抗火性能分析提供了一种新手段。     

胶合竹结构墙体的抗火试验及分析

胶合竹结构墙体的抗火性能是竹结构房屋抗火性能的重要影响因素,但这方面的研究还处于空白。对1片胶合竹结构非承重墙体进行大尺寸的标准耐火试验,按照ISO 834标准升温曲线进行升温,获得竹胶合墙体构件火灾过程中的升温特点、破坏现象和破坏模式,得到各测点的升温曲线、分布情况及耐火极限。并采用火灾动态模拟软件FDS模拟该胶合竹结构墙体的火灾试验过程。研究结果表明:胶合竹结构墙体构件背火面的最高升温不超过90℃,且温度分布与测点位置密切相关;墙体破坏模式为E类,耐火极限超过60 min,超过了GB 50005—2003《木结构设计规范》对该类墙体耐火极限的要求;火灾动力学模拟器FDS能较好地模拟胶合竹结构墙体构件火灾下的温度变化过程,模拟结果与实测结果的温升趋势和分布情况基本吻合。由于胶合竹结构墙体的抗火性能影响因素复杂,还需要进行系统研究。     

型钢混凝土框架结构耐火性能有限元分析

为了研究型钢混凝土框架整体结构的耐火性能,为其抗火设计提供参考,采用受火楼层建立精细化有限元计算模型、非受火楼层建立梁单元计算模型的方法,建立了型钢混凝土框架整体结构的耐火性能计算模型。考虑火灾位置、荷载分布形式、柱轴压比等参数的影响,对火灾下型钢混凝土框架整体结构的变形规律、承载机制、破坏形态以及耐火极限进行参数分析。分析结果表明：火灾下框架结构出现了整体破坏和局部破坏两种典型的破坏形态,受火构件受到的约束作用对其耐火性能有较大的影响;在局部破坏形态中,由于受热膨胀,火灾下框架梁首先出现了较大的轴压力,受火框架梁处于压弯受力状态;之后,框架梁出现了悬链线效应,轴力对框架梁的受力状态有较大影响;在整体破坏形态中,根据轴压比及荷载分布形式的不同,框架出现了中柱破坏和边柱破坏两种典型破坏形态,同时,随楼层受火位置的升高,柱的轴压比减小,框架结构的耐火极限增加。     

混凝土组合构件耐火性能试验研究

利用自行设计的火灾燃烧炉对混凝土T型组合构件的耐火性能进行试验研究。试验持续120 min,观察火灾后构件表观现象并测量火灾过程中组合构件内部温度变化,得到火灾下混凝土板、墙组合构件的内部温度场分布规律及其高温损伤情况。结果表明：火灾下组合构件墙体受火面位置处更容易出现混凝土剥落现象,应在该位置处采取施作防火涂料等防火措施来减轻火灾高温的影响;组合构件节点核心区的混凝土温度低于其他受火区域的温度,墙板对节点核心区有一定的保护作用;火灾作用下距离混凝土组合构件受火表面越远,其内部温度越低,且其温度开始上升的反应时间越长;组合构件在非受火区域温度整体较低,温度升高的反应时间较长且速度较慢,火灾高温对非受火区域的结构影响较小。     

基于普通计算模型的组合结构抗火设计方法的发展

本主要研究了普通计算模型在结构抗火设计中的应用。计算机模拟为评价承载的组合构件的耐火极限提供了新的可能性。通过三个例子证明了计算机模拟比传统的用抗火试验的方法来进行结构抗火设计要好很多。第一个例子阐述了用于组合柱抗火设计的新的设计表格的形成．第二个例子是关于新型薄板梁体系的应用，最后介绍了一种组合构件抗火设计的新方法。     

压型钢板-混凝土组合楼板抗火性能非线性分析

压型钢板-混凝土组合楼板是目前广泛运用的一种新型结构构件,但由于缺乏对组合楼板抗火性能的研究,现有设计方法并没有充分发挥材料的性能。本文在建立室内火灾传热模型基础上,在空间上运用有限单元法和在时间上运用有限差分的混合解法,编制计算程序解算出火灾下组合楼板在不同时刻的温度场,进而利用钢筋混凝土非线性有限单元法,对多种工况下组合楼板的抗火性能进行了分析,为组合楼板的抗火设计及研究提供了一定的基础。     

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。     

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。     

局部火灾作用下PEC柱组合框架抗火性能研究

应用ABAQUS软件建立局部火灾作用下PEC柱—钢梁组合平面框架的温度场和抗火性能分析模型,模型得到相关试验数据的验证。应用验证后的模型分析火灾高温下PEC柱—钢梁组合框架的失效模式、PEC柱内力变化规律和结构变形特征等,并分析火灾发生位置对PEC框架结构耐火性能的影响。结果表明:在不同的保护层厚度和荷载情况下,PEC柱—钢梁组合框架会出现梁先失效和柱先失效两种不同的失效模式;柱先失效模式会导致结构整体的破坏,梁先失效模式只会引起结构局部发生破坏;框架受火面积越大,受火柱的轴压比和受火梁的荷载比越大,框架的耐火极限越短。     

震后火灾作用下大断面盾构隧道复合管片#br# 结构损伤及防水性能分析

为研究大断面盾构隧道复合管片在震后火灾作用下的结构损伤及防水性能损失,利用有限元计算软件abaqus建立复合管片与直螺栓接头的三维实体模型和密封垫压缩的二维数值模型,分析了地震及地震与火灾耦合作用下复合管片混凝土在螺栓孔处刚度损伤分布情况,研究了复合管片钢板在螺栓孔处的屈服分布情况,计算了地震及地震与火灾耦合作用下隧道密封垫防水性能的损失,结果表明：当采用RABT升温曲线模拟火灾时,大震导致的螺栓孔处混凝土刚度损伤在火灾作用后均超过90%,而中震工况在火灾作用后除螺栓孔顶部混凝土刚度损伤低于85%外,其余部分都超过90%;火灾作用导致螺栓孔处钢板屈服;防水密封垫在中震和火灾耦合作用后仍能保持较好的防水性能,但在大震和火灾耦合作用后,防水性能完全丧失。     

Finite element analysis of concrete-filled circular steel tubular columns subjected to post-earthquake fire

为研究圆钢管混凝土柱经历地震损伤后的耐火性能,选取了合理的地震损伤指数及材料本构模型,采用有限元分析软件ABAQUS,对钢管混凝土柱在往复荷载和火灾等不同工况下的试验进行了数值模拟验证。在验证模型可靠性的基础上,利用ABAQUS中的数据传递功能,建立了震损后圆钢管混凝土柱耐火极限有限元计算模型。以圆钢管混凝土典型轴心受压柱为分析对象,对其先后经历地震和火灾作用下的破坏形态、损伤机理进行了分析,研究了损伤指数对圆钢管混凝土柱震后耐火极限的影响。结果表明：震损后圆钢管混凝土柱在高温下的破坏形态是在前期地震损伤基础上的发展和蔓延;地震损伤指数是影响圆钢管混凝土柱震后耐火极限的重要参数,随着地震损伤指数增大,圆钢管混凝土柱的耐火极限有所减小。     

Post-earthquake fire simulation considering overall seismic damage of sprinkler systems based on BIM and FEMA P-58

In this study, a post-earthquake fire simulation method considering the seismic damage of sprinkler systems is proposed to quantitatively assess the impact of the spread of fire owing to such damage. First, a modeling approach is designed to convert a building information model (BIM) to a computational fluid dynamics (CFD) model, thereby creating a high-fidelity model of a building and its sprinkler system in the fire dynamics simulator (FDS) program. Second, a probabilistic method for predicting the seismic damage of sprinkler components (including pipes and drops) is developed according to the next-generation performance-based design method in the Federal Emergency Management Agency (FEMA) P-58 report. Finally, using the seismic damage of the components, a prediction method is proposed to assess the overall seismic damage of the sprinkler system based on a tree data structure. A post-earthquake fire simulation of a six-story dormitory building is performed using the proposed method. The results indicate the level of effect that the seismic damage of the sprinkler system will have on the spreading of a post-earthquake fire. The outcome of this study provides an important practical method for quantitatively assessing the effect of the seismic damage of sprinkler systems on a post-earthquake fire.     

震损钢筋混凝土平面框架结构抗火性能研究

为明确混凝土框架结构受地震破坏造成的几何损伤对其遭受地震次生火灾后耐火性能退化规律的影响,分析总结震害资料以及抗震实验记录,将混凝土保护层剥落、残余变形作为混凝土结构的震损形式,通过数据统计与回归分析的方法确定损伤尺寸,从而建立了两层两跨震损钢筋混凝土平面框架有限元模型,得到了框架结构变形特点和受火位置、轴压比、层间位移角对平面框架结构耐火极限的影响规律。     

基于救援数据分析的站点规划布局优化研究

摘 要：收集统计了2016-2021年广东省消防救援数据,并从数量变化趋势、区域分布特征、类型分布特征以及出警时间分布情况等方面开展分析。随后,基于空间分析法构建分析模型,综合考虑现状城镇建设用地、接警频次数据和城镇开发边界3个方面的因素,针对消防救援站开展布局优化分析,为制定消防救援站建设计划提供数据支撑。最后,结合分析结果对消防救援工作发展提出了改进措施和建议。     

钢管混凝土组合平面框架结构热—结构耦合分析

采用数值模拟方法,利用有限元软件ANSYS计算分析了无保护层的3层3跨钢管混凝土柱—钢梁平面框架在局部受火条件下的抗火性能,运用顺序耦合方法对结构进行了热—结构耦合分析,得到了结构的耐火极限、临界温度及破坏形态。     

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。     

建筑结构地震火灾效应分析方法

为在建筑结构设计时考虑地震引发火灾对建筑结构的作用和影响,提出建筑结构地震火灾效应分析计算方法,此方法结合结构地震反应分析与火灾热力反应分析,通过简化的建筑结构地震损伤模型,考虑地震损伤的同时,连接结构的热传导分析与热力分析,从而实现地震火灾效应计算.运用此方法对一单层和一多层混凝土框架分别进行了分析,并与没有考虑地震...