建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度場與火災(zāi)時鋼結(jié)構(gòu)的受力性能.pdf

1、一直以來，火災(zāi)防控是人類的艱巨任務(wù)。結(jié)構(gòu)抗火是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域里的一個重點難題。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑以其自重輕，強(qiáng)度高，施工速度快和抗震性能好的優(yōu)勢，日益成為工程界廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式。由于在高溫條件下，鋼材的物理、化學(xué)性能會發(fā)生比較大的改變，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力下降幅度很大，因此在鋼結(jié)構(gòu)的使用過程中，人們越來越重視對鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)環(huán)境下的受力性能進(jìn)行研究。 本文主要研究室內(nèi)火災(zāi)溫度場和鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)環(huán)境下的受力性能。在簡

2、要介紹建筑室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展過程、傳熱過程和常用的室內(nèi)火災(zāi)計算機(jī)模擬方法之后，本文提出了模擬室內(nèi)火災(zāi)溫度分布的數(shù)值模擬策略及模擬方式，建立了一個建筑內(nèi)部空間的三維實體參數(shù)模型。在此基礎(chǔ)上，引入火源、通風(fēng)等燃燒參數(shù)和氣體邊界條件，建立了室內(nèi)空氣熱傳導(dǎo)的計算流體力學(xué)模型。為了與實際火災(zāi)過程中火源釋熱功率的變化情況相吻合，本文采用了隨時間變化的火源釋熱模型。通過數(shù)值流體力學(xué)模擬分析，得到了整個火災(zāi)過程中室內(nèi)空間的逐點變化的模擬溫度場，同時還得到了

3、室內(nèi)空氣在發(fā)生火災(zāi)時的流場分布。這些數(shù)值結(jié)果清楚地表達(dá)了火場的溫度分布情況及空氣流動情況，它們是實現(xiàn)高溫下，結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗火的基本依據(jù)。結(jié)合對高溫條件下鋼材材料的力學(xué)、熱學(xué)性能的研究，本文將實際測量的溫度場施加到一個實驗用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，得到了高溫條件下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能，包括應(yīng)力場、應(yīng)變場和位移場等模擬量。通過與常溫下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能相比較，確認(rèn)了火災(zāi)產(chǎn)生的高溫對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能的重要影響。 鑒于建

4、筑火災(zāi)發(fā)生的頻繁性和它對建筑結(jié)構(gòu)造成危害的嚴(yán)重性，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的防火安全設(shè)計是十分重要和必須的。如果要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的防火安全設(shè)計，首先必須搞清楚火災(zāi)環(huán)境下室內(nèi)空間的溫度分布和結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件在火災(zāi)高溫環(huán)境下的受力狀態(tài)，它們是進(jìn)行防火安全設(shè)計的前提。但由于火場的溫度場分布的各種因素十分復(fù)雜，進(jìn)行火災(zāi)實驗的費用高昂，對火場的溫度分布進(jìn)行數(shù)值模擬分析日益成為一種必要且可能的輔助分析設(shè)計手段，本文的工作為實現(xiàn)高溫下的溫度場分布數(shù)值