防火玻璃窗耐火性能研究

发布时间：2017-09-30 22:10

  本文关键词：防火玻璃窗耐火性能研究

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【摘要】：在社会化进程不断加快的过程中,高层建筑日益成为城市发展程度的一种象征,社会文明快速前进的过程中建筑火灾对人们生产、生活的影响也越来越大,但是对于高层建筑火灾的防治始终是全世界的一个难题。针对于高层建筑火灾的蔓延,现提出高层建筑火灾纵向蔓延的“防火隔离层”的概念,在此概念设计中明确了玻璃窗为阻碍高层火灾纵向蔓延的关键。本文对防火玻璃窗的耐火性能进行分析,研究在不同的力学边界约束情况下玻璃窗的耐火时间。本文针对前人的玻璃热破裂分析仅仅局限于破裂因素分析和裂纹开展情况,并没有仔细考虑力学边界约束对玻璃耐火时间的影响,在热分析和结构分析的理论基础上,本文开展了火灾场景中沈阳某五星级酒店房间温度分布分析,应用火灾模拟软件FDS和有限元分析软件ANSYS,通过对平板玻璃内部温度场的分布和玻璃迎火面和背火面的中心节点的温度变化曲线确定,对玻璃窗在五种不同的力学边界条件下的耐火性能进行分析和判断。主要做了以下工作:1.对高层建筑结构火灾荷载进行调查及相关的火灾模拟。基于高层建筑火灾纵向蔓延的“防火隔离层”的设计概念,在对沈阳某五星级酒店的房间进行火灾荷载的调查的基础之上,应用FDS软件对真实火灾场景的情形进行分析,得到真实火灾场景中的火灾升温曲线及热释放速率曲线,为之后的火灾场景中玻璃平板的温度场分布提供数据基础。2.考虑高温情况下玻璃材料的热工性能和力学性能的变化,应用火灾模拟软件FDS测得的玻璃表面的温度变化加载到有限元分析软件ANSYS的温度荷载中,对平板玻璃的温度变化情况进行瞬态热分析,得到不同时刻平板玻璃的迎火面和背火面的温度分布以及玻璃中心节点的温度变化曲线,得出在平板玻璃厚度方向上温度分布为线性变化,这一结论和假设吻合,为研究火灾场景中玻璃窗的耐火性能奠定基础。3.利用有限元模拟软件ANSYS对平板玻璃进行热-结构耦合分析,在五种不同的力学边界约束情况下,计算得出平板玻璃在火灾场景中的热应力和热变形,以及Von Mises应力分布云图。通过比较分析得出最合适的边界约束方式,为建筑结构的玻璃窗的安装以及玻璃窗生产厂商的玻璃生产提供参考意见。4.利用有限元分析软件ANSYS中的单元生死功能对防火玻璃窗进行分析,得出玻璃窗在火灾场景中,在五种不同的力学边界约束情况下的耐火时间,通过比较分析得出玻璃的最佳的边界约束形式。本文所做的工作为今后的防火玻璃窗的耐火性能的深入研究、防火玻璃窗的耐火设计以及高层建筑结构火灾纵向蔓延的“防火隔离层”的概念设计提供一定的参考作用。
【关键词】：防火玻璃 火灾模拟 有限元分析 温度场 升温曲线 耐火时间
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU228;TU524
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 本文研究的目的和意义13-15
• 1.2.1 研究目的13-14
• 1.2.2 研究意义14-15
• 1.3 防火玻璃窗耐火性能研究现状15-20
• 1.3.1 理论研究15-17
• 1.3.2 实验研究17-20
• 1.3.3 数值模拟20
• 1.4 课题的研究工作20-22
• 第二章 建筑火灾的发展过程及相关数值模拟22-32
• 2.1 建筑火灾的发展与蔓延22-24
• 2.1.1 建筑火灾的发展过程22-23
• 2.1.2 建筑火灾的蔓延23-24
• 2.2 建筑火灾的计算机模拟方法24-28
• 2.2.1 常见的火灾模拟模型25
• 2.2.2 FDS介绍及基本理论25-28
• 2.3 ANSYS软件介绍28-29
• 2.4 ANSYS热分析应用29-31
• 2.4.1 ANSYS热分析基础理论29-31
• 2.4.2 热--结构耦合分析31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 建筑室内火灾升温曲线研究32-48
• 3.1 建筑室内火灾升温曲线研究进程32-39
• 3.1.1 经验模拟（专家模拟）33-37
• 3.1.2 区域模拟（半物理模拟）37-39
• 3.1.3 场模拟（物理模拟）39
• 3.2 FDS建筑室内火灾场景概述39-43
• 3.2.1 火灾荷载的调查与研究39-42
• 3.2.2 可燃物的燃烧性能和燃烧发热量42-43
• 3.3 火灾场景确定43-44
• 3.3.1 模拟酒店概况43
• 3.3.2 火灾场景设置43-44
• 3.4 计算结果及分析44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 平板玻璃内部温度场分析48-64
• 4.1 建筑玻璃的基本性质与热工参数48-49
• 4.2 高温下玻璃温度场的有限元分析49-62
• 4.2.1 玻璃温度场求解方法及一维热传导温度场49-52
• 4.2.2 平板玻璃的温度场分布52-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 建筑火灾下平板玻璃的热结构响应分析64-88
• 5.1 高温作用下玻璃的力学性能64-66
• 5.1.1 高温下玻璃的应力应变关系64-65
• 5.1.2 高温下玻璃的极限应力65-66
• 5.2 玻璃的破坏准则66-67
• 5.2.1 玻璃热应力模型66-67
• 5.2.2 玻璃破裂模型67
• 5.3 平板玻璃在温度荷载下的应力和应变的微分方程67-70
• 5.4 平板玻璃耦合场分析70-71
• 5.5 平板玻璃的热-结构耦合分析71-87
• 5.5.1 平板玻璃力学约束条件71-72
• 5.5.2 平板玻璃不同约束情况下的热应力和变形分析72-84
• 5.5.3 玻璃门窗的耐火时间确定84-87
• 5.6 平板玻璃热响应分析的可行性87
• 5.7 本章小结87-88
• 第六章 防火玻璃的热结构响应分析88-98
• 6.1 防火玻璃的一般性质88
• 6.2 防火玻璃的应力应变关系88-89
• 6.3 防火玻璃的耦合场分析89-95
• 6.4 防火玻璃的耐火时间规定95-96
• 6.5 本章小结96-98
• 第七章 结论98-100
• 7.1 本文的主要工作及结论98-99
• 7.2 建议与展望99-100
• 参考文献100-104
• 作者简介104
• 作者在攻读硕士学位期间的学术成果104-106
• 致谢106-107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵永峰;段海娟;赵金城;于彦飞;;在建高层建筑外保温材料立体燃烧的火灾蔓延规律[J];消防科学与技术;2013年12期

2 程旭东;谢启源;李立明;司东亚;张和平;;非均匀辐射条件下浮法玻璃破裂行为实验研究[J];工程热物理学报;2010年07期

3 张和平;万玉田;张庆文;谢启源;程旭东;;10mm钢化玻璃全尺寸火灾实验[J];燃烧科学与技术;2008年01期

4 张庆文;张和平;万玉田;付强;周勇;;4mm单层浮法玻璃全尺寸火灾实验研究[J];燃烧科学与技术;2007年01期

5 张庆文;张和平;程旭东;万玉田;;6 mm单层浮法玻璃全尺寸火灾实验[J];中国科学技术大学学报;2006年01期

6 ;带雨淋水膜的非耐热防火玻璃的火灾试验(英文)[J];消防科学与技术;2006年01期

7 刘义祥,胡建国,李会荣;火灾中窗玻璃热炸裂痕迹形成机理的研究[J];消防科学与技术;2005年04期

8 邱旭东,高甫生,王砚玲;建筑火灾烟气运动数值模拟方法的回顾与评价[J];自然灾害学报;2005年01期

9 田丽,卜程;火灾中双层窗玻璃破裂机理的研究[J];火灾科学;2001年02期

10 杨泽安;火灾温度作用下钢筋砼构件温度场计算方法及应用[J];消防技术与产品信息;1999年02期

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 崔嵛;竖直壁面条件下常用有机外墙保温材料的火灾行为研究[D];中国科学技术大学;2012年

2 杨春英;侧开口限制空间内高温热气流振荡及冲击玻璃平板的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 张毅;热荷载作用下浮法玻璃和低辐射镀膜玻璃破裂行为研究[D];中国科学技术大学;2011年

4 张庆文;受限空间火灾环境下玻璃破裂行为研究[D];中国科学技术大学;2006年

5 王中强;无粘结预应力混凝土扁梁抗火性能的试验研究和理论分析[D];中南大学;2006年

6 刘方;中庭火灾烟气流动与烟气控制研究[D];重庆大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 柴盼;高层建筑火灾场景设置研究[D];重庆大学;2014年

2 毕然;钢筋混凝土框架结构耐火性能全过程数值模拟[D];沈阳建筑大学;2013年

3 吴小华;基于区域模拟的室内火灾升温曲线研究[D];中南大学;2011年

4 徐子亮;高温下钢筋混凝土板非线性数值分析[D];北方工业大学;2009年

5 殷霓;高层综合商业建筑火灾安全疏散研究[D];西安建筑科技大学;2008年

6 贾彩清;建筑物单室火灾区域模拟研究[D];重庆大学;2003年

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本文编号：950684