大空间钢结构屋盖火灾实测与抗火性能研究

发布时间：2020-08-07 04:04

【摘要】：目前,钢结构被广泛应用于大空间结构中,钢材是对温度十分敏感的材料,在常温下钢材强度较高,当温度升高时强度迅速劣化,在高温下容易发生屈服现象。抗火性能是钢结构设计中必须谨慎考虑的一个难点,而国内外目前尚无详细的标准。因此,研究钢结构的抗火性能具有十分重要的理论意义和应用价值。本文以实际工程大空间钢屋架结构为研究对象,进行了钢铁冶金高大空间内实体火灾模拟实验,测试耐磨液压油的燃烧特性,监测液压油火焰高度、火源热辐射强度、温度场变化规律及记录烟气蔓延现象,分析顶棚钢框架受火温度影响程度,获得了在中功率火灾中起火点正上方钢屋架结构的温度变化规律。根据火灾温度分布理论的计算,分析了火灾温度场,由实验和模拟分析知,钢铁冶金高大空间的厂房内发生火灾时,厂房空间高大,垂直高度上烟羽流温度衰减较快。中功率火灾火焰高度最高可达5m,火焰焰心温度可达1000℃;距离油面2m高度温度可达800℃以上,7m高度的烟羽流温度低于100℃。顶棚、立面通风窗较多,顶棚自然排烟口的设置可有效排出高温烟气,避免了烟气大量集聚而造成烟气温度急剧升高,有效缓解钢结构受火影响程度。火源上方16m处钢架受火温度基本处于50℃以下。使用ABAQUS有限元软件对钢屋架进行火灾发生后结构力学性能模拟分析,其中包括桁架、钢梁、网架,在标准升温曲线下钢屋架结构在火灾中的应力、应变和位移变化的发展规律。ABAQUS有限元模拟结果显示,在无防火涂料时,钢桁架及钢梁在恒载、活载及火荷载共同作业组合下,能承受的温度范围约在400℃至550℃之间,与实验结果相比较,其抗火性能在中功率火灾下满足设计要求。本文研究结果可为大空间钢屋架结构抗火性能分析提供基础数据支撑及参考。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391;TU352.5
【图文】：

过程图,结构抗火,性能分析,过程

率火灾中起火点正上方钢屋架结构的温度变化规律。第二部分，对钢铁厂分区域选取了几个不同结构的典型来进行 ABAQUS 抗火性能有限元模拟计算。通过 ABAQUS 有限元软件对钢屋架进行火灾发生后结构力学性能模拟分析，其中包括桁架、钢梁、网架，得到在标准升温曲线下钢屋架结构在火灾中的应力、应变和位移变化的发展规律。1.4.2 研究方法结构抗火性能的计算是计算结构或构件在火灾高温作用下的反应，包括结构变形和抗火极限等性能。结构抗火性能计算首要的工作是确定火灾温度场，火灾温度场包括实际火灾温度场和规范给定的火灾温度场[40]。根据实体火灾实验，可在已知火源强度和火源与其正上方钢架的距离的条件下，获取火源正上方钢架的温度随时间变化情况。对于一般的建筑火灾，《建筑设计防火规范》(GB50016-2015)规定了可以使用 ISO834 标准升温曲线作为标准温度场的火灾温度。有了火灾温度之后，进行结构或构件的传热分析以确定结构或构件的温度场[41]。最后，分析结构或构件在截面内部温度逐渐升高条件下的反应，特别是结构应力屈服或结构变形达到限值时的火灾持续时间。标准升温曲线作用下结构破坏的时间即为规范规定的抗火极限。研究分析过程如图 1-1 所示。

油池火,液压,设计评估,受火温度

算结果进行对比。铁冶金高大空间内实体火灾模拟，测试耐磨液压油的燃焰高度、火源热辐射强度、温度场变化规律及记录烟气框架受火温度影响程度，为日照钢铁主要生产车间的顶设计评估提供基础数据支撑。定建筑材料防火手册》中大规模油池火中矿物油 2本实验为小油池火，热释放速率折减后取 1500kW/ m物基础油比例为 90%，3 m2油池火的火灾强度为 4MW等规模小油池原油油池火的表面减少速率，取实验液压/s, 实验 15min 的燃烧需油深度取 18mm，共需抗磨液压

燃烧盘,结构示意图

第 2 章大空间钢结构屋盖火灾实测个，内部尺寸长宽高为 2000mm×1500mm×10 厚钢板焊接而成，燃烧盘应密封不漏水。把焊接在燃烧盘的外壁，高度 100mm。底座支支架尺寸为 50mm×50mm×5mm 等边角钢，在接。燃烧盘结构示意图如图 2-3-2 所示。

【参考文献】