建筑灭火模型国内外研究现状论文

预应力混凝土结构火灾研究现状是怎样的呢，下面中达咨询招投标老师为你解答以供参考。据公安部消防局统计，2005年全国共发生火灾235 941起，死亡2 496人，伤残2 506人，直接财产损失亿元。近年来，预应力混凝土结构已由早期的简单构件发展为现今复杂的空间整体受力结构，以其大跨度、大空间、良好的结构整体性能以及有竞争力的综合经济效益，正逐步成为现代建筑结构形式的发展趋势，由于预应力混凝土结构的抗火性能劣于普通钢筋混凝土结构，因此开展预应力混凝土结构的火灾反应和抗火性能研究是非常有意义的。1预应力混凝土结构火灾研究的现状国外学者对结构抗火性能的研究开展较早，始于20个世纪初，并成立了许多抗火研究组织，比较有名的有美国建筑火灾研究实验室、美国消防协会、美国的波特兰水泥协会、美国预应力混凝土协会、英国的BRE(Building Research Establishment)。这些组织对建筑结构的抗火性能进行了系统的研究，主要体现在对建筑材料高温下的力学性能；结构、构件火灾下的升温过程及温度场的确定；火灾条件下结构和构件的极限承载能力及耐火性能方面的研究，并编订了相应的建筑规范及行业规则。国外预应力混凝土构件抗火性能的研究稍晚于钢筋混凝土结构，主要工作始于20世纪70年代初期。尽管早期Ashton等人的试验研究认为预应力混凝土在火的作用下存在许多问题，但其后一些学者的试验和研究表明预应力混凝土构件在火的作用下仍具有较好的工作性能。有关文献介绍了美国进行的18个后张预应力混凝土板和梁的耐火试验。在这些试验构件中，预应力筋分为有粘结和无粘结两种。在耐火试验中，实测了时间与预应力筋温度关系，典型的时间-温度曲线如图1所示。在图中还可以看出不同保护层厚度与耐火时间的关系。Gustaferro等人在预应力混凝土抗火方面做了不少试验研究，他们对有粘结预应力混凝土梁、预应力混凝土简支板、预应力混凝土连续梁、板等结构或构件在不同情况下的抗火性能进行了试验研究，并对预应力混凝土结构的抗火性能提出了合理的计算方法。他们通过对后张预应力混凝土梁和板的抗火试验，得出在1，2，3，4小时的抗火等级下的保护层厚度和构件最小尺寸的建议值。Ashton等人与Gustaferro同期也进行了一系列相应的预应力梁抗火试验研究，包括不同比例试件的耐火极限试验的对比，试验结果表明预应力混凝土能满足结构的不同耐火等级，其耐火性能主要取决于其预应力筋在火灾中所达到的温度，因此预应力筋的保护层厚度和梁的截面形式对预应力混凝土结构的耐火性能具有明显的影响，结构在火灾下的承载力随混凝土的保护层厚度增加和荷载减少而提高，并且轻骨料预应力混凝土板的抗火性能好于普通预应力混凝土板。Joseph等进行了后张无粘结预应力混凝土板的试验研究，试验着重研究了预应力钢筋保护层厚度对构件抗火性能的影响同时研究了荷载和端部约束情况的影响、辅助钢筋的作用等问题。Abrams等人对不同骨料和喷有隔离层的预应力混凝土构件的抗火性能进行了试验研究，Krishnamoorthy等人通过徐变和温度对预应力混凝土框架性能的试验研究得出了试验结果，其中包括不均匀温度对结构变形性能的影响及内应力和弯矩随时间的变化。国外根据预应力混凝土梁、板等方面的试验研究结果，已对预应力混凝土在火灾作用下的承载力及极限耐火时间有了较全面的了解。他们认为温度是影响预应力混凝土结构蠕变性能的主要因素，要建立合理的分析方法必须考虑混凝土温度蠕变特性，弹性理论已不适用，蠕变率的分析方法被认为是预测整个加载阶段结构特性较满意的方法。他们的试验研究为预应力混凝土抗火设计提供了直接依据。国内抗火研究组织从20世纪80年代后期起着手进行钢筋混凝土结构的抗火性能研究，但国内关于预应力混凝土抗火方面的试验研究尚处于起步阶段，缺乏足够的试验数据。国内规范中涉及预应力混凝土的抗火内容主要是参考国外经验确定的，如《无粘结预应力混凝土结构技术规程》防火部分第三章第条规定用保护层厚度来满足不同耐火等级要求，它对不同耐火极限下无粘结预应力混凝土保护层厚度的确定，主要取自美国《后张预应力混凝土手册》。同济大学对5榀相同尺寸的单层无粘结预应力混凝土框架、3榀有粘结预应力框架和预应力钢丝进行了火灾试验，得出了一些有用的结论，主要有以下几个方面：①在高温作用下，预应力钢丝的强度、弹性模量、延伸率均表现出与常温下不同的性能。强度和弹性模量随温度升高而下降，延伸率则随温度的升高而增大；②对于预应力混凝土结构，火灾升温速率和温度越高，其抗火性能越差；在同一升温条件下，预应力混凝土结构承受的荷载越大，其抗火性能越不利；③对于预应力框架结构，与普通混凝土结构框架试验结果不同，荷载大小对抗火性能的影响可能要比温度的影响明显。预应力度大的结构受温度影响大，抗火性能差。预应力筋的有效应力大的结构，其抗火性能比有效应力小的结构差。无粘结预应力混凝土结构的抗火性能比有粘结预应力混凝土结构的抗火性能差。火灾后预应力混凝土结构的刚度明显减小，但仍存在一定的承载力，并反映出较好的恢复性能。2 存在的问题尽管国内在钢筋混凝土结构抗火方面的研究工作已经取得长足进步，但在预应力混凝土结构火灾性能方面的研究才刚刚起步。诚然，预应力混凝土结构的抗火性能与一般钢筋混凝土结构在许多方面有相似性，但由于预应力混凝土结构自身的特性，这方面的研究还存在着许多问题，主要表现为以下方面：一是到目前为止各国学者所进行的试验及研究，基本上是以预应力混凝土简支构件在标准火灾下极限耐火时间为研究对象，主要考虑了截面内部温度分布及升温对预应力钢筋强度的影响等因素；二是以往试验主要研究预应力混凝土构件的耐火性能，由于结构的相互作用，因此受火构件的热变形将对其他构件产生影响，并存在较大的内力重分布，目前尚无专门研究，一般的解决办法是直接引用普通钢筋混凝土连续梁等火灾的有关结果，而这些结果是否能直接使用于预应力混凝土结构尚缺乏试验验证；三是以往的分析方法仅以热传导作为判断依据，无法对结构响应和损伤如位移、开裂、屈服等进行有效的判断，特别是材料的高温蠕变对结构火灾响应的显著影响缺少一定的研究；四是与普通混凝土相比，预应力混凝土具有许多特殊性，而以往的试验研究较少涉及。3 今后应开展的工作(1)预应力材料高温性能研究。采用高强预应力钢丝和钢绞线是目前高效预应力混凝土的一个主要特征，因此预应力钢丝和钢绞线在高温下的蠕变性能是预应力混凝土结构抗火性能研究的基本内容。必须要通过材料试验研究高强钢丝和钢绞线在高温下的强度、变形、弹性模量的变化规律，特别是钢丝和钢绞线的高温蠕变性能对预应力混凝土结构的有效预应力的影响。此外要重视材料高温(火灾)性能数据库的建立。由于混凝土和钢材本身化学成分的差异，在温度影响下材料热工、力学性能有较大的离散性，如何对目前国内外进行的高温材料试验结果进行总结，并建立可供计算机程序调用的材料高温(火灾)性能数据库是火灾材料研究的一个重点。(2)高温下预应力整体结构的非线性有限元分析。拟用传热学的基本原理，得到差分-有限元瞬态非线性温度场计算基本方程和各类常用边界条件，由此计算预应力混凝土结构温度场分布，并根据热弹塑性基本理论建立预应力混凝土火灾反应的非线性有限元分析基本方程。方程可用于分析预应力混凝土结构火灾下的变形、内力变化及预应力筋的应力随时间变化的过程，确定预应力结构火灾反应的一些基本特征。(3)结构火灾的计算机仿真试验分析。一方面预应力混凝土结构火灾试验是最直接反应预应力混凝土结构抗火性能的手段，但预应力混凝土结构通常都应用于各类大跨度、大空间结构，由于试验条件限制，无法进行足尺模型试验，采用缩小比例的模型能基本反映火灾全过程的反应规律，但仍然有一定的差距。另一方面，由于受试验条件、试验经费的限制，也无法进行大量的模型试验。在进行模型试验的同时，要研究如何采用计算机仿真试验以避免上述限制。通过大量仿真试验，了解不同形式预应力混凝土结构的抗火能力，并提出改善预应力混凝土结构抗火能力的方法。笔者通过对有粘结预应力框架火灾位移的计算机仿真分析，可以得出如图2所示的有粘结预应力框架火灾下位移的实测值和计算机仿真分析结果的比较。由图2可见，计算所得的位移变化规律与实测相符，但仿真分析得到的结构位移较实测要大，误差最大时为40%。产生误差的主要原因可能由于试件混凝土含水率偏高，造成计算温度场高于实际温度分布，而结构的温度变形及材料性质与温度密切相关，从而产生结构计算误差。并且温度越高，材料的物理、力学性能离散性越大，另一方面，材料的高温蠕变的相关资料较少，这些也会造成一定的误差。总之仿真分析时的参数取值是否准确将影响分析结果，合理的参数取值依赖于可靠的实验结果。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

现代消防员一直牢记的是20世纪六七十年代接受的有关火灾行为的培训内容。他们知道燃烧三要素(燃料、氧气和温度)的三面形，即燃烧三角形。这里燃烧三角形会很快发展成为燃烧四面体，增加一个无穷连锁反应的第四坐标，并且了解火灾行为中三种传热方式。但是，人们逐渐发现火灾烟气的危险性更高，尤其是塑料制品燃烧产生的烟气，这个结果让人们很震惊。因此，人们开始深入研究火灾行为，包括轰燃、回燃以及不同灭火行为的灭火效果。同时，人们也开始估算火灾荷载，即单位面积或者单位英镑木材或者复合材料的热量释放大小，通常以Btus/1b(英国的热力学单位)。描述或行为开始使用以下几个新的参数:°F(华氏温度)、水容量(gal/mn)和水压力(1b/in2)。近年来，火灾行为方面的计算机模型已经取得了突飞猛进的进展，NIST和UL开展的灭火研究也取得了重大突破。这些模型和研究仍需进行进一步验证，以确保灭火行为及时和一直在发展变化的火灾行为保持一致。1基础理论虽然当前积累的火灾理论是建立在燃烧四面体和火灾三个不同发展阶段基础上，对于这些火灾理论，不同的人褒贬不一，而且其中的火灾发展阶段或者火灾描述方式，通常是定性的，而非定量的。比如，将轰燃定义为房间内所有物质同时开始被引燃的时刻。现在，这些火灾理论急需发展深化，用定量的方式认识火灾行为。在定量描述火灾行为时，应使用国际单位而不是英国单位，温度应使用摄氏度(℃)，长度应使用米(m)等等，这与所有的技术报告以及大多数的计算机模型均是一致的。虽然英国单位也是可行的，但是应用范围并不广，比如，描述一个12ft×10ft×8ft房间的火灾实验，顶棚温度可达1200°F，而相应的计算机模型一般房间尺寸为×3m×，顶棚温度为650℃。据研究，三种传热方式———热传导、热对流以及热辐射，在分析火灾发展和蔓延(包括轰燃的发生)时都很重要。对于传热过程的理解，一般认为是，热传导是分子热运动和分子能量传递的过程，热对流是流体的运动过程，热辐射为电磁能量的传递过程。每种传热方式均包含着能量从一个物体的高温处传导到另一个物体的低温处，能量一般被界定为做功的能力大小。正确使用当前的消防术语，就必须定量描述火灾行为。虽然本文并不会使用公式运算(教科书和课堂上可以使用类似的方式)，但是本文将重新界定火灾动力学中的传热过程和描述火灾能量的术语。2传热过程研究传热过程，最重要的就是确定从一个位置到另一个位置确切传导了多少能量，比如从一个火焰(流体)给一个固体表面(比如墙体)进行的热对流传热大小。将这种热传导方式定义为热通量(heatflux)，描述为单位面积的热能量(heatenergy)大小，并使用变量q描述三种传热方式中任一个的热通量大小。既然不同的热通量均为q，那么衡量热能和面积的单位是什么呢?热通量通常以kW衡量，面积通常使用m2。因此，热传导通常以kW/m2来衡量。那么这个单位的意义是什么?怎么应用到灭火中去呢?当然，传热过程时刻在周围影响我们。虽然人们不能“看到”热量被传导，但是可以看到辐射热源将一个暴露部件点燃，墙上插着的铁棒通过热对流将纸盒点燃以及热对流将内部装修材料引燃。从定量角度来看，q的值可以衡量一个物体是否能够发生引燃以及它将带来的损失。比如，刨花板(在没有点火源的情况下)在一个外部20kW/m2的热源作用250s后能够发生自燃。裸露的皮肤在4kW/m2的热源下会被烧伤。在许多教科书中，轰燃被定义为房间内所有可燃物同时被点燃的时刻，一些消防研究者认为，热顶棚到达地板的热通量达到20kW/m2时即可发生轰燃。目前在互联网上搜索火灾资源，不同的实验对许多材料的点燃能量进行了不同的研究。另外，实验报告还对火焰、羽流、顶棚烟气层以及特性条件和不同温度下的热通量进行了研究。在灭火应用中，定量描述传热过程可以根据实际情况不断变换灭火方法。例如，我忽然收到消息，一所高中旁的偏僻位置的汽油储罐群发生了火灾爆炸(开放的蒸气开始爆燃)，堤坝泄露的火焰不断释放辐射热。定量描述火灾爆炸对于高中的辐射热量大小，需考虑火焰高度、学校与罐体之间的距离以及火焰的辐射热通量，是否足矣将学校的可燃物质引燃。了解消防术语和热流量大小可以使每个人面对火灾进行个人防火时更好地理解各种技术报告参数。比如，近期对于便携式广播的热测试以及失效测试将热流大小作为测试准则之一。考虑以下场景:假设消防员头盔顶部带有辐射计(测试辐射大小的装置)，而轰燃的临界辐射热通量大小为20kW/m2，那么假设消防员在接近轰燃热源时了解火灾的各种实时参数，那么这将十分有利于及时采取防护措施。在进行火灾内攻时，通过控制空气供应来管理空气量十分重要，那么为什么不去更多地了解消防员周围的火灾情况呢?在未来，在消防员进行内攻时，可能就可以随时监控辐射热通量的大小。3火源能量今天，很多防火研究者都使用热释放速率衡量火源能量的大小，他们认为这是火灾发展的唯一重要因素。对于消防员来说，这个变量可以衡量火灾危险程度。如前所述，许多年来，依据火灾荷载进行火灾风险预评估，尤其会使用火灾中每磅的特定可燃材料对于地板的释热(Btus)。今天，优化的火灾风险评估会使用最大热释放速率。不管是哪种火灾，热释放速度随着时间发生变化，开始比较小，逐渐增大到一个峰值，最后随着火灾烧完或者通风情况发生变化而逐渐减小。在图上，“火灾的整个生命周期”就像一个山形，而山坡比较陡或者一般根据燃烧材料的不同而不同。热释放速率的峰值，也就是“山”的顶点常用于衡量火灾危险大小，因为它通常是火灾中的最危险条件。热释放速率一般用Q(一般被称为“大Q”)表示，大火时使用kW或者MW衡量。对于一些常见材料的火灾，包括废纸篓等的最大热释放速率从4～50kW不等，圣诞树的最大热释放速率为3～5MW，聚乙烯沙发大约为3MW。在过去的15年里，实际火灾的计算机模型一直使用NIST开发的FDS模型。最早的火灾模型模拟了华盛顿在1989年发生在CherryLane的一起火灾，火灾中两名消防员殉职。火灾模型用于模拟火灾发展，包括火灾中的通风变化，图1显示了变化的热释放速率。注意，热释放速率的猛然增大发生在建筑侧门在140s被突然开启的瞬间。当前，FDS以及它的附加产品Smokeview(可以提供FDS计算机模型的可视化图像)不仅用于研究实际火灾，还可用于设计新建的“标志性”建筑，尤其是用于“性能化”消防设计。在这种情况下，建筑虽然不能满足规范中的防火要求，但是可以达到一定的防火性能。这种防火性能评估时，一种或者几种特定的火灾规模(热释放速率使用kW或者MW衡量)需加以考虑。重要的是，在建立计算机模型时，需要选取火灾种类并且进行建模，并且选取合适的疏散时间、设计合适的灭火系统等等。当然，显而易见的是，选取一个最危险场景下的火灾模型至关重要。基于一种特定的火灾规模你可以进行消防设计。根据经验，在设计火灾场景时务必谨慎。有时设计者可能低估火灾规模，如果对于火灾规模没有准确的衡量依据，请及时咨询相关专家。做这种类似的决定并不容易。有一次，参加了德克萨斯州圣安东尼奥的消防规范修订过程。最难确定的是火灾现场人员的疏散时间。依据重要的火灾报告和专家建议，评估的最危险的火灾场景的最大热释放速率为20MW。这种火灾规模用来设计排烟系统，这个系统通过排烟而为疏散人群创造一个清洁的疏散路径。最终，要求实际火灾规模为20MW，使用丙烷燃烧器制造上浮的烟气羽流。最终排烟系统通过了测试。在设计灭火预案时，火灾规模将怎样发挥作用?在预案时，火灾模型将帮助消防员对社区内目标危险进行火灾模拟。只要运行模拟模型，就能清晰地看到火灾的发展过程，烟气的流动过程以及灭火部位的火灾场景。火灾模拟可以确定建筑的耐火水平、灭火水量以及可行的灭火策略。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：