建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度場(chǎng)與火災(zāi)時(shí)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(gè)重點(diǎn)難題。隨著國(guó)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(shì)，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(huì)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?cè)絹碓街匾晫?duì)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(chǎng)和鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)環(huán)境下的受力性能。在簡(jiǎn)

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(jì)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(gè)建筑內(nèi)部空間的三維實(shí)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(jì)算流體力學(xué)模型。為了與實(shí)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(shí)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(gè)火災(zāi)過程中室內(nèi)空間的逐點(diǎn)變化的模擬溫度場(chǎng)，同時(shí)還得到了

3、室內(nèi)空氣在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的流場(chǎng)分布。這些數(shù)值結(jié)果清楚地表達(dá)了火場(chǎng)的溫度分布情況及空氣流動(dòng)情況，它們是實(shí)現(xiàn)高溫下，結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗火的基本依據(jù)。結(jié)合對(duì)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(shí)際測(cè)量的溫度場(chǎng)施加到一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)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(duì)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(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成危害的嚴(yán)重性，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的防火安全設(shè)計(jì)是十分重要和必須的。如果要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的防火安全設(shè)計(jì)，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(jì)的前提。但由于火場(chǎng)的溫度場(chǎng)分布的各種因素十分復(fù)雜，進(jìn)行火災(zāi)實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用高昂，對(duì)火場(chǎng)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(jì)手段，本文的工作為實(shí)現(xiàn)高溫下的溫度場(chǎng)分布數(shù)值