织物膜材燃烧特性及火灾时充气膜结构整体稳定性分析

发布时间：2017-03-17 16:00

  本文关键词：织物膜材燃烧特性及火灾时充气膜结构整体稳定性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：膜结构建筑作为新型建筑形式,在艺术性、经济性、自洁能力等方面逐步得到了人们的青睐。由于国内发展膜结构建筑较晚,市场上销售的大多是以聚酯纤维为基层、PVC或PVDF为涂层的织物膜材。膜材作为建筑结构主体单元的同时,也成为了可燃物潜在贡献者,其在火灾时的表现极大地影响建筑的稳定性和安全性。封闭膜结构通常由于其大跨度的特点,在火灾时的扑救难度也大大增加。因此,研究膜结构在火灾条件下稳定性,对膜结构建筑的设计、施工和管理有十分重要的意义。基于膜结构建筑的潜在火灾风险,本文从织物膜材燃烧特性和火灾下充气膜结构的稳定性分析两方面入手开展了一系列理论、实验和数值模拟研究。首先以理论分析为基础,对膜材聚合物组份的燃烧过程和燃烧性能评价指标进行了总结;通过开展膜材临空受热的辐射引燃实验,对比研究了不同种类、焊接部位、受热情况和外部热流等条件下的燃烧特性;建立以织物膜材为代表的热薄型可燃物两面临空垂直向上火蔓延理论模型,并通过小尺寸膜材火蔓延实验,对比分析不同种类膜材的火蔓延规律并讨论了模型的修正;对充气膜结构受火后的火灾模型进行简化,得到临界失稳内压和膜材失效温度,并利用FDS模拟分析了不同火灾场景下充气膜结构的整体稳定性。从辐射引燃实验研究中发现,由于阻燃剂的添加,膜材S6101整体呈现出较长的点燃时间和较低的热释放速率;而S6003和S6013的燃烧最为剧烈。在不同辐射热流下,膜材S6101和S6003对外部热流量的变化较为敏感,采用刮涂工艺的膜材X1400则热反应参数较低。各类膜材在贴壁引燃时的燃烧性能均比两面临空引燃时有所提高,体现出较大的火灾危险性。膜材的焊接和受热面对膜材燃烧性能的影响作用较为有限。在火蔓延理论研究中,基于经典的固体可燃物竖向火蔓延模型,建立了热薄型织物膜材临空垂直向上火蔓延的数学模型,充分考虑了膜材燃烧时双面火焰的存在和明显烧尽的特点,并讨论了火焰预热区非均匀热流对理论模型的修正。通过对四类织物膜材的小尺寸火蔓延测试,得到不同膜材火焰传播能力差异,其中膜材S6101和X1400具有较好的离火自熄特性,而S6003和S6013膜材具有较强的火焰传播能力。分析膜材沿长度方向的温度场随时间变化的关系,得到膜材燃烧的热解区和火焰预热区呈线性传播的趋势。通过对火灾下充气膜结构的稳定性分析发现:当火源距膜面较远时,膜材表面温度较低,可以保持完整性,当火源距膜面较近时膜材会有较小面积烧穿现象,膜内气压会有小幅下降并逐渐达到平衡状态,可使结构不至于完全坍塌;当火焰贴近侧墙的膜材时,膜材会在火焰直接辐射作用下大面积破坏,从而导致膜内气压骤降,以致整体失稳。
【关键词】：膜结构建筑 织物膜材 热薄型材料 燃烧特性 火蔓延 结构稳定性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU383
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 变量注释表18-20
• 1 绪论20-30
• 1.1 研究背景20-25
• 1.2 国内外研究现状25-27
• 1.3 本文研究内容及方法27-28
• 1.4 本文的章节安排28
• 1.5 本文研究路线28-30
• 2 织物膜材燃烧性能评价基础30-39
• 2.1 织物膜材的组成及涂层工艺30-32
• 2.2 聚合物组份的燃烧机理32-38
• 2.3 本章小结38-39
• 3 织物膜材辐射引燃实验研究39-64
• 3.1 实验和思路及内容39
• 3.2 实验设计39-44
• 3.3 实验测量情况简介44-46
• 3.4 实验结果讨论与分析46-63
• 3.5 本章小结63-64
• 4 织物膜材垂直向上火蔓延理论及实验研究64-81
• 4.1 热薄型可燃物的引燃和火蔓延模型64-69
• 4.2 小尺寸火蔓延实验设计及准备69-71
• 4.3 实验结果分析71-80
• 4.4 本章小结80-81
• 5 火灾下充气膜结构整体稳定性分析81-94
• 5.1 充气膜受火模型的简化81-83
• 5.2 火灾模拟及整体稳定性分析83-92
• 5.3 本章小结92-94
• 6 结论与展望94-97
• 6.1 本文结论94-95
• 6.2 本文的主要创新点95
• 6.3 研究展望95-97
• 参考文献97-101
• 作者简历101-103
• 学位论文数据集103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 申跃奎;王张萍;彭成波;;半圆筒状充气膜不同火灾场景下温度场分布特性[J];结构工程师;2014年05期

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本文编号：253083