大空间单跨门式刚架结构抗火性能影响因素的客观权重研究

火灾时的大空间单跨门式刚架结构抗火性能,受钢构件温升和结构整体抗火临界温度的影响。本文通过对无保护大空间建筑钢构件温升数据的统计分析,获得包含火源功率、建筑体积、钢构件截面形状系数的钢构件温升拟合公式;结合单跨门式刚架结构整体抗火临界温度数据的统计分析,获得包含荷载比、柱高和系数K的结构整体抗火临界温度拟合公式;通过分析上述因素对钢构件温度变化率及抗火临界温度变化率的影响,获得各个因素的客观权重值,并应用于具体案例的结构安全分析。结果表明,在本文的研究条件下,荷载比权重值最大,约为0.4;火源功率是仅次于荷载比的一个重要因素;建筑体积、截面形状系数和系数K三者都在其自身值较小时,权重值较大,且都随着其自身值的增加,权重值降低。本研究可供无保护门式刚架结构建筑的抗火设计、火灾风险评估和消防管理作参考。     

基于FDS模拟分析的建筑大空间火灾下钢构件的升温确定方法研究

利用火灾动力学模拟软件FDS,模拟了大空间火灾作用下裸露钢梁及钢柱的升温情况。介绍了绝缘表面温度法的基本原理。通过对FDS模拟得到的钢构件不同位置处的绝缘表面温度与周围气体温度的比较,显示了大空间火灾中火焰辐射对钢构件不同部位升温计算的影响,并据此对大空间火灾作用下钢构件升温计算中入射热的计算问题给出了建议。     

火灾作用下单层球面网壳的非线性有限元分析

基于高大空间建筑火灾作用下的空气升温实用公式,按照欧洲规范规定的火灾高温作用下钢材的材料特性,考虑了温度对钢材特性的影响以及钢材屈服后的强化特征,对一凯维特单层网壳结构在火灾作用下的性能进行了非线性有限元分析,研究其在不同局部火灾作用下的温度场分布和位移特征,以及不同火源影响的最不利位置。结果表明：网壳结构在所有设计火源模型下的极限耐火时间都在20～30min左右;对于结构极限耐火时间,火源位置的影响大于火源面积的影响;结构中心向外延伸的第1环到第3环之间的区域,是结构抗火的薄弱部位。     

单层带支撑异形柱框架的高温性能研究

针对单层异形柱框架,通过高温数值分析,考察了支撑设置和受火位置对结构高温变形及内力的影响。研究结果表明：对于单层多跨异形柱框架,当只有一端有支撑跨时,会在一定程度上增大另一端的边节点水平位移和边柱侧向变形,对结构整体抗火不利;当左、右两端均有支撑跨时,非支撑跨在火灾作用下的梁轴力比很大,升温后期可能因梁跨中竖向位移急剧增大而发生破坏。基于上述研究结果,给出了4类单层带支撑异形柱框架火灾行为的初步判定方法。     

后张无粘结预应力混凝土简支板抗火分析

预应力混凝土板因具备自重轻、跨度大等特点,广泛应用于建筑结构和桥梁结构中。但是,当这种结构受到火灾荷载作用时,其承栽能力就会大幅下降。在高温下,混凝土和预应力筋的力学性能都会劣化,进而造成板的大挠度变形甚至破坏。本文对后张无粘结简支预应力板建立了数值分析模型,其中混凝土和预应力筋采用实体单元模拟,受力筋和分布钢筋采用桁架单元模拟。模型中材料的力学特性和热工特性参数取自文献[15]。采用文献中的试验结果验证了该数值模型的可靠性,并进一步研究了混凝土受热膨胀系数、板的不同区域受火和不同的火灾场景等因素对火灾荷载作用下后张无粘结预应力混凝土简支板的挠度以及预应力的影响,得出了初步结论。     

隧道纵向通风对火灾规模和火灾蔓延的影响

隧道纵向通风一方面会给火源提供大量氧气,扩大火灾规模,增加火灾蔓延的可能性;另一方面又可以带走大量热量,减小火灾蔓延的可能性。目前,这两方面影响的相对重要性还没有被很好地研究。本文对纵向通风对隧道火灾蔓延的影响进行了研究,首先分析了纵向通风对隧道火灾规模的影响,然后利用火灾动力学模拟程序FDS,对不同通风速率及相应火灾规模条件下隧道内车辆间的火灾蔓延进行了数值模拟,得出了不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并提出了控制隧道火灾蔓延的措施。结果表明,增加通风速率能较大地增加货车火灾的热释放速率,当通风速率小于2m／s时,火灾蔓延的距离随通风速率的增加而增大,当通风速率大于2m／s时,火灾蔓延的距离受通风速率的影响很小;对于客车火灾,通风对火灾的热释放速率影响较小,并且火灾蔓延的距离随通风速率的增大而减小。     

混凝土轴压柱的抗火可靠指标初探

火灾作用下混凝土构件的承载能力总体不断下降且具有明显随机性,采用抗火可靠指标可较好地评估构件的火灾安全性。本文针对混凝土轴压柱的高温承载能力极限状态,考虑材料强度变异性导致的柱高温极限承栽力的随机性,以及高温下柱荷栽效应组合的随机性,采用JC法计算给出了ISO834标准升温曲线作用下不同受火时间对应的柱抗火可靠指标,讨论了主要参数对该可靠指标的影响规律;并根据我国现行建筑防火规范,通过分析和参照对比,初步提出了混凝土轴压柱抗火可靠指标的目标建议值。研究认为：（1）截面尺寸越小,柱抗火可靠指标随受火时间增加而下降的速率越快;（2）现行规范给出的截面（200×200）mm、（240×240）mm、（300×300）mm 3种柱在各自耐火极限时刻的抗火可靠指标较为接近,但截面（370×370）mm柱的抗火可靠指标却明显偏低;（3）混凝土轴压柱的目标抗火可靠指标建议取为1.6。     

钢筋混凝土构件率相关恢复力模型研究

通过钢筋混凝土构件的动态试验,研究不同加载速率下的钢筋混凝土梁柱力学特性。考虑屈服强度、极限强度和刚度的动力效应,引入损伤因子,并考虑混凝土损伤对卸载刚度的影响,建立了钢筋混凝土构件率相关的三折线恢复力模型。利用有限元分析软件模拟钢筋混凝土构件的动态试验,对比模拟结果与试验结果得出：考虑应变率效应和混凝土损伤对卸载刚度的影响,能够更好地反映构件的动力特性。对一平面框架结构模型进行不同加载速率下的动态分析,研究加载速率对结构动力反应的影响,结果表明,随着加载速率的增大,结构模型各构件的强度和刚度增大,结构模型整体抗侧移刚度增强,水平位移减小。     

标准升温条件下PEC柱耐火极限理论分析及简化计算

基于ABAQUS软件建立了标准升温条件下局部填充混凝土（Partially Encaed Concrete,简称PEC）柱抗火性能分析的有限元模型,计算了火灾下PEC柱的变形曲线及耐火极限,计算结果得到了已有试验数据的验证。利用上述模型分析了截面几何参数、材料物理参数、荷载比及偏心率等因素对耐火极限的影响。在参数分析的基础上,建立了标准升温条件下PEC耐火极限简化计算方法。结果表明：无耐火保护PEC柱的耐火极限一般达不到现有抗火标准的要求;荷栽比、长细比和截面周长是影响PEC柱耐火极限的主要因素;该耐火极限简化计算方法可供工程设计参考。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明：①荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。②随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。③有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比盼大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。④随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

隧道结构抗火研究进展及趋势

火灾引起的高温对隧道结构有着显著的影响,会导致其不同程度的破坏甚至坍塌。在大量阅读相关中外文献的基础上,通过实例分析了隧道结构在火灾高温中受到的影响,介绍了隧道结构火灾的国内外研究现状,指出了其中存在的一些问题,并对隧道结构抗火研究进行了总结和展望。     

两种不同的恒载升温方式下的钢材破坏机理分析

通过对我国建筑结构用钢在拉伸和压缩两种方式下的恒载升温试验,进行了5次受拉试件和2次受压试件的对比研究,根据试验中材料的各自变形规律,对其破坏机理进行了理论分析;从材料屈服的定义出发,给出了恒载升温拉伸试验中的参数(对应温度下的临界荷载水平),并与恒载升温压缩试验中的参数项进行了对比,指出受压构件和受拉构件的高温屈服强度是不同的,因此在钢结构建筑的耐火设计中应分别取不同的安全系数。     

基于数值模拟的多高层钢结构火灾反应规律与破坏机理

为了分析火灾下多高层钢结构的破坏机理,考察多高层钢结构在火灾下的反应规律,基于ABAQUS建立了整体钢结构的火灾反应数值模型,对不同层数的钢结构以及相同结构不同火场位置的钢结构进行了数值模拟分析,计算了局部火灾条件下钢结构的变形与破坏过程,分析了钢结构在火灾和荷载共同作用下的破坏机理,探讨了局部火灾对整体结构的影响范围与因素,给出了钢结构在高度和荷载变化时的破坏规律并分析了引起这种破坏规律的原因。     

多高层钢结构耐火性能的子结构分析模型与分析方法

基于整体钢结构在局部火灾下的反应规律,将高层钢结构的初始倒塌破坏类型进行了分类(中间柱初始倒塌、边柱初始倒塌以及梁柱同时倒塌),根据整体结构约束影响和荷载影响,提出局部火灾下多高层钢结构耐火性能分析的相应子结构分析模型及其分析方法。子结构模型的边界充分考虑周围约束的影响,尤其是周围梁和上层柱构件以及层数的影响。针对不同类型的子结构模型,通过建立相应的具体子结构有限元模型,合理考虑边界条件的影响。最后基于建立的数值模型,研究了子结构的火灾反应规律与破坏机理,并与整体结构的分析结果进行了比较,结果表明:子结构分析模型与分析方法可以合理准确地分析整体结构的耐火性能。     

受火钢筋混凝土柱三维温度场的数值模拟

受火构件内部温度场随时间和空间的变化规律对结构和构件的高温响应和抗火性能是至关重要的。应用通用有限元分析程序ABAQUS,对火灾下钢筋混凝土柱的二维温度场和三维温度场进行了有限元分析计算。所得计算结果与相关试验数据吻合,证明了通过通用有限元软件对钢筋混凝土结构进行三维温度场分析的可行性,也为混凝土结构在高温下以及高温后的三维响应分析提供了理论依据。     

高强度螺栓摩擦型连接火灾后抗剪试验研究

建筑火灾发生频繁且对钢结构危害严重,但总体而言绝大多数火灾并未造成钢结构的根本性破坏,尽快鉴定其火灾后安全性并进行加固修复,对于减小灾后间接经济损失意义重大。高强度螺栓摩擦型连接是钢结构最常用的连接方式之一,其火灾后受力性能对整个结构灾后承载的安全至关重要。但目前国内外对高强度螺栓连接高温过火冷却后的受力性能研究极少。本文对高强度螺栓摩擦型连接进行了火灾后抗剪试验研究,得到了连接的抗滑移承载力、极限承载力以及荷载—变形曲线,研究了过火温度、冷却方式对连接受力性能的影响。为模拟火灾中的可能情况,试验考虑了自然冷却、泼水冷却两种冷却方式。试验表明,当高强度螺栓连接的过火温度不超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力下降小,可判定连接仍能承受外部设计荷载,不需要对连接进行加固或替换螺栓;当过火温度超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力开始显著下降,需连接更进一步的检测并进行仔细的结构分析,以确定连接能否继续承受外部设计荷载,以及是否需要采取必要的加固与修复措施。     

温度对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为的影响

将粘贴碳纤维(CFRP)粘贴于混凝土表面来加固钢筋混凝土结构的方法,由于施工便捷而被广泛应用。但是粘贴CFRP所用的环氧类胶黏剂对温度过于敏感,明显影响加固效果。尤其是用CFRP加固的混凝土结构的耐火性能很差,限制了这一加固技术的推广。本文在先后2次对不同温度下CFRP-混凝土界面粘结滑移行为试验研究的基础上,结合目前已有的研究成果,对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为受温度影响的特性进行评述,并从材性方面对温度对界面的粘结滑移行为的影响进行了机理分析,为分析常温下CFRP加固混凝土结构受力性能和高温(火灾)下防火保护的CFRP加固混凝土结构抗火性能提供了依据。     

水性膨胀型防火涂料的现状和应用

钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一,具备重量轻、机械性能好、可承受较大的荷载及制作和安装机械化程度高的特点。随着城市规模的发展,钢结构在我国建筑业具有非常广阔的应用前景。但由于其自身抗火能力差,在火灾高温作用下,其力学性能如屈服强度、弹性模量等会随温度升高而降低,一般在15min左右即丧失承重能力而垮塌,需采取保护措施使其温度不超过临界点才能在火灾中保持稳定性。涂敷钢结构防火涂料,施工简单、重量轻、耐火时间长且不受钢结构几何形状的制约,具有良好的经济性和实用性。随着环保意识的增强,国内外越来越多的建筑提倡绿色环保理念,参与三星或LEED认证体系的评级认证。水性膨胀型防火涂料凭借其优异的环保、施工安全和防火性能,开始逐渐受到众多业主和设计师的青睐。本文从防火原理、技术特点、防火领域的国内外认证、施工和质量管理的角度,浅谈水性膨胀型防火涂料的性能和发展现状,同时也讨论了目前防火涂料存在的一些问题。     

某钢结构物流中心火灾案例及结构抗火分析

2011年3月,某钢结构物流中心发生火灾,过火面积约7000m2,损失惨重。通过对该例火灾的起因、火势蔓延、结构倒塌进行分析,探讨钢结构建筑防火设计和结构抗火措施。研究结果表明:①钢结构因本身抗火性能差,易垮塌,不利于火灾扑救;②在火灾中钢结构易整体破坏,造成重大损失;③由于未采取防火分隔,扩大了火灾蔓延途径和过火面积,加剧了火灾损失,也加大了火灾扑救难度。为了减轻火灾损失,应当:①合理设置防火分隔;②提高或保证钢柱、钢梁的耐火极限,以提升结构抗火能力;③加强对钢构件和结点的防火保护;④保证自动喷水灭火系统的正常运行,有效实施初期灭火。