留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析

陈适才 王尚则 王亚辉 张洋 闫维明

陈适才, 王尚则, 王亚辉, 张洋, 闫维明. 钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
引用本文: 陈适才, 王尚则, 王亚辉, 张洋, 闫维明. 钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
CHEN Shi-cai, WANG Shang-ze, WANG Ya-hui, ZHANG Yang, YAN Wei-ming. EXPERIMENTAL RESEARCH AND ANALYSIS ON SIMILARITY MODEL FOR STEEL STRUCTURES UNDER FIRE[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
Citation: CHEN Shi-cai, WANG Shang-ze, WANG Ya-hui, ZHANG Yang, YAN Wei-ming. EXPERIMENTAL RESEARCH AND ANALYSIS ON SIMILARITY MODEL FOR STEEL STRUCTURES UNDER FIRE[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337

钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
基金项目: 国家自然科学基金项目(51278516,51678016)
详细信息
    作者简介:

    王尚则(1996-),男,河北人,硕士生,主要从事工程结构抗火研究(E-mail:bjut2011bjut@163.com);王亚辉(1991-),男,北京人,助理工程师,学士,主要从事工程结构数值分析与研究(E-mail:civilbjut@126.com);张洋(1988-),男,河南人,硕士生,主要从事工程结构抗火分析与研究(E-mail:zhangyang123@163.com);闫维明(1960-),男,黑龙江人,教授,博士,博导,主要从事工程结构抗震及健康监测研究(E-mail:yanwm@bjut.edu.cn).

    通讯作者: 陈适才(1979-),男,湖北人,教授,博士,主要从事结构抗火及结构非线性分析研究(E-mail:shicaichen@163.com).
  • 中图分类号: TU391

EXPERIMENTAL RESEARCH AND ANALYSIS ON SIMILARITY MODEL FOR STEEL STRUCTURES UNDER FIRE

  • 摘要: 为采用缩尺模型研究火灾下整体钢结构的火灾反应,首先基于火场相似关系以及热传导分析理论推导了钢结构火灾反应相似关系模型,其次根据建立的火场与结构相似关系模型分别设计了1/4和1/8缩尺火场试验模型与钢框架结构试验模型,并对其进行了缩尺火灾试验研究,对比分析了空气温度、结构温度、结构变形与结构破坏规律。结果表明:烟气温度、结构温度、结构变形表明结构火灾反应相似模型具有较好的合理性和准确性,承载力与稳定性也满足相似模型;温度相似比为1以及相同的火场和结构时间相似比可以简化相似模型;缩尺模型试验需要严格控制火场维护结构的变形以及外界通风条件,才能保证结构在高温破坏阶段后的相似性。
  • [1] 李国强, 蒋首超, 林桂祥. 钢结构抗火计算与设计[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 1999:2-6. Li Guoqiang, Jiang Shouchao, Lin Guixiang. Fire resistance calculation and design of steel structure[M]. Beijing:China Building Industry Press, 1999:2-6. (in Chinese)
    [2] Bailey C G, Lennon T, Moore D B. The behaviour of full-scale steel framed buildings subjected to compartment fires[J]. The Structural Engineer, 1999, 77(8):15-21.
    [3] Joonho Choi. Concurrent fire dynamic models and thermos mechanical analysis of steel and concrete structures[D]. Atlanta:Georgia Institute of Technology, 2008.
    [4] Bailey C G. Development of computer software to simulate the structural behaviour of steel framed buildings in fire[J]. Computers and Structures, 1998, 67(6):421-438.
    [5] Gann R G, William L G. Final report of the national construction safety team on the collapse of the world trade center twin towers[R]. Gaithersburg:National Institute of Standards and Technology, 2005:1-65.
    [6] 史健勇, 任爱珠. 奥运场馆火灾分析中软件集成方法的研究[J]. 计算机工程, 2006, 32(6):257-262. Shi Jianyong, Ren Aizhu. Research on technology of software integration for fire analysis of Olympic gymnasiums[J]. Computer Engineering, 2006, 32(6):257-262. (in Chinese)
    [7] Ren A Z, Shi J Y, Shi W Z. Integration of fire simulation and structural analysis for safety evaluation of gymnasiums[J]. Automation in Construction, 2007, 16(3):277-289.
    [8] 王景玄, 王文达, 周小燕. 基于多尺度建模的钢管混凝土组合框架耐火性能数值模拟[J]. 工程力学, 2012, 29(增刊):170-175. Wang Jingxuan, Wang Wenda, Zhou Xiaoyan. Numerical simulation on fire resistance of composite frame with CFST columns based on multi-scale method. Engineering mechanics, 2012, 29(Suppl):170-175. (in Chinese)
    [9] Wald F, Silva L S, Moore D B. Experimental behaviour of a steel structure under natural fire[J]. Fire Safety Journal, 2006, 41(7):509-522.
    [10] 李兵, 董毓利. 足尺钢框架中连续板格火灾实验研究[J]. 工程力学, 2015, 32(1):145-153. Li Bing, Dong Yuli. A fire test of continuous panels in a full-scale steel-framed structure[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(1):145-153. (in Chinese)
    [11] 叶继红, 陈伟, 汪正流, 等. 冷弯薄壁C型钢托梁_加气混凝土板组合楼盖足尺耐火试验研究[J]. 建筑结构学报, 2015, 36(8):108-115. Ye Jihong, Chen Wei, Wang Zhengliu, et al. Full scale fire experiments on cold-formed steel C-shape joists-ALC composite floors[J]. Journal of Building Structures, 2015, 36(8):108-115. (in Chinese)
    [12] Praveen K, Umesh K S, Virendra K, et al. Full-scale fire test on an earthquake-damaged reinforced concrete frame[J]. Fire Safety Journal, 2015, 73(5):1-19.
    [13] Wang Y C. An analysis of the global structural behaviour of the cardington steel-framed building during the two BRE fire tests[J]. Engineering Structures, 2000, 22(2):401-412.
    [14] 张敏政. 地震模拟实验中相似律应用的若干问题[J]. 地震工程与工程振动, 1997, 17(2):52-58. Zhang Minzheng. Study on similitude laws for shaking table tests[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 1997, 17(2):52-58. (in Chinese)
    [15] 黄思凝, 郭迅, 张敏政. 钢筋混凝土结构小比例尺模型设计方法及相似性研究[J]. 土木工程学报, 2012, 45(7):31-38. Huang Sining, Guo Xun, Zhang Minzheng. Study of design method and similitude for small-scale reinforced concrete structural models[J]. China Civil Engineering Journal, 2012, 45(7):31-38. (in Chinese)
    [16] James G. Quintiere. Scaling applications in fire research[J]. Fire Safety Journal, 1989:15:3-29.
    [17] Perricone J A. Scale modeling of the transient behavior of wood crib fires in enclosures[D]. Maryland:University of Maryland, 2005.
    [18] 张强, 蒋勇, 邱蓉, 等. 基于CFD模拟的不同尺度竖井模型内烟气温度分布相似性的研究[J]. 火灾科学, 2016, 25(1):20-27. Zhang Qiang, Jiang Yong, Qiu Rong, et al. Similarity study of temperature distribution in different scale shaft models with CFD simulations[J]. Fire Safety Science, 2016, 25(1):20-27. (in Chinese)
    [19] 钟茂华. 火灾过程动力学特性分析[M]. 北京:科学出版社, 2007:54-58. Zhong Maohua. Analysis of dynamic characteristics of fire process[M]. Beijing:Science Press, 2007:54-58. (in Chinese)
    [20] Wang Ming. Scale modeling of structural behavior in fire[D]. Maryland:University of Maryland, 2006.
    [21] Bailey C G, Toh W S. Small-scale concrete slab tests at ambient and elevated temperatures[J]. Engineering Structures, 2007, 29(10):2775-2791.
    [22] Dronnadula V R, Khaled S, Liu L, et al. Size effect on fire resistance of structural concrete[J]. Engineering Structures, 2015, 99(4):468-478.
    [23] 王进军, 涂然, 曾怡, 等. 火灾标准燃烧室相似模型试验箱设计及有效性研究[J]. 安全与环境学报, 2011, 11(6):181-184. Wang Jinjun, Tu Ran, Zeng Yi, et al. Design and validity analysis of the scaling model and the fire detection standard combustion room[J]. Journal of Safety and Environment, 2011, 11(6):181-184. (in Chinese)
    [24] 于秋红. 热工基础[M]. 北京:北京大学出版社, 2009:173-262. Yu Qiuhong. Thermal engineering[M]. Beijing:Peking University Press, 2009:173-262. (in Chinese)
    [25] Bianchi A, Fautrelle Y, Etay J. 传热学[M]. 王晓东译. 大连理工大学出版社, 2008:70-94. Bianchi A, Fautrelle Y, Etay J. Heat transfer theory[M]. translated by Wang Xiaodong. Dalian University of Technology Press, 2008:70-94. (in Chinese)
    [26] 李维特, 黄保海, 毕仲波. 热应力理论分析及应用[M]. 北京:中国电力出版社, 2004:59-109. Li Weite, Huang Baohai, Bi Zhongbo. Theoretical analysis and application of thermal stress[M]. Beijign:China Electric Power Press, 2004:59-109. (in Chinese)
    [27] 苏琳, 王丽晶. 自由燃烧下油池火灾的燃烧特性研究[J]. 消防理论研究, 2011, 30(8):668-670. Su Lin, Wang Lijing. Research on the combustion performance of free-burning pool fire[J]. Fire Theory Research, 2011, 30(8):668-670. (in Chinese)
  • [1] 王勇, 吴加超, 李凌志, 张亚军, 陈振兴, 宋炜, 张晓越.  不同跨受火混凝土连续双向板火灾试验及数值分析 . 工程力学, 2020, 37(): 1-18. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0440
    [2] 王元清, 顾浩洋, 廖小伟.  钢结构角焊缝低温抗剪疲劳性能的试验研究 . 工程力学, 2020, 37(1): 73-79,134. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0536
    [3] 张建春, 张大山, 董毓利, 王卫华.  火灾下钢-混凝土组合梁内力变化的试验研究 . 工程力学, 2019, 36(6): 183-192,210. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0281
    [4] 杜咏, 孙亚凯, 李国强.  预应力钢绞线高温力学性能试验研究 . 工程力学, 2019, 36(4): 231-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0141
    [5] 胡君逸, 李跃明, 李海波, 程昊.  考虑热应力、热变形正交各向异性板的动特性及响应规律 . 工程力学, 2018, 35(8): 218-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0258
    [6] 王元清, 顾浩洋, 廖小伟.  钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究 . 工程力学, 2018, 35(4): 61-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0147
    [7] 王勇, 史伟男, 王腾焱, 袁广林, 吕俊利.  单向面内约束混凝土双向板火灾试验及承载力分析 . 工程力学, 2017, 34(11): 145-157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.07.0533
    [8] 段进涛, 史旦达, 汪金辉, 焦宇, 何佩珊.  火灾环境下钢结构响应行为的FDS-ABAQUS热力耦合方法研究 . 工程力学, 2017, 34(2): 197-206. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0061
    [9] 田相凯, 陈适才, 张磊, 李易, 闫维明.  基于能量的局部火灾引起钢结构连续倒塌简化分析方法 . 工程力学, 2015, 32(9): 135-140,148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.02.0118
    [10] 高义奇, 余红霞, 施刚.  火灾下拉剪组合作用对高强螺栓节点性能影响的试验研究 . 工程力学, 2014, 31(9): 97-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0242
    [11] 鞠竹, 王振清, 韩玉来, 梁文彦, 李加雷.  火灾高温作用下钢结构倒塌分析 . 工程力学, 2014, 31(增刊): 121-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.S038
    [12] 班慧勇, 施刚, 石永久, 王元清.  国产Q460高强度钢材焊接工字形截面残余应力试验及分布模型研究 . 工程力学, 2014, 31(6): 60-69,100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0680
    [13] 安彤, 秦飞, 武伟, 于大全, 万里兮, 王珺.  TSV转接板硅通孔的热应力分析 . 工程力学, 2013, 30(7): 262-269. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.04.0236
    [14] 刘长勇, 张人佶, 颜永年, 林 峰, 张 磊.  预应力钢丝缠绕剖分-组合大型挤压筒的热应力分析 . 工程力学, 2011, 28(5): 207-211.
    [15] 边广生, 张玉明, 郭正兴.  预应力斜拉网格结构静力优化研究 . 工程力学, 2011, 28(增刊Ⅱ): 176-181.
    [16] 尹何迟, 张光业, 颜焕元.  降低钢结构焊接件残余应力的振动时效法 . 工程力学, 2009, 26(7): 188-191.
    [17] 许红胜, 熊辉.  钢结构塑性分析的新模型 . 工程力学, 2004, 21(5): 161-165.
    [18] 盛宏玉, 高荣誉.  非均匀变温时两端固支叠层闭口厚柱壳的热应力分析 . 工程力学, 2000, 17(4): 117-123.
    [19] 丁克伟, 唐立民.  层合开口桩壳热应力问题的解析解 . 工程力学, 1999, 16(3): 1-6,49.
    [20] 李国强, 黄卫, 邓学钧, 杨树才.  水泥基复合路面材料微观热应力分析 . 工程力学, 1998, 15(2): 69-75.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  81
  • HTML全文浏览量:  0
  • PDF下载量:  40
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-16
  • 修回日期:  2018-12-12
  • 刊出日期:  2019-08-25

钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
    基金项目:  国家自然科学基金项目(51278516,51678016)
    作者简介:

    王尚则(1996-),男,河北人,硕士生,主要从事工程结构抗火研究(E-mail:bjut2011bjut@163.com);王亚辉(1991-),男,北京人,助理工程师,学士,主要从事工程结构数值分析与研究(E-mail:civilbjut@126.com);张洋(1988-),男,河南人,硕士生,主要从事工程结构抗火分析与研究(E-mail:zhangyang123@163.com);闫维明(1960-),男,黑龙江人,教授,博士,博导,主要从事工程结构抗震及健康监测研究(E-mail:yanwm@bjut.edu.cn).

    通讯作者: 陈适才(1979-),男,湖北人,教授,博士,主要从事结构抗火及结构非线性分析研究(E-mail:shicaichen@163.com).
  • 中图分类号: TU391

摘要: 为采用缩尺模型研究火灾下整体钢结构的火灾反应,首先基于火场相似关系以及热传导分析理论推导了钢结构火灾反应相似关系模型,其次根据建立的火场与结构相似关系模型分别设计了1/4和1/8缩尺火场试验模型与钢框架结构试验模型,并对其进行了缩尺火灾试验研究,对比分析了空气温度、结构温度、结构变形与结构破坏规律。结果表明:烟气温度、结构温度、结构变形表明结构火灾反应相似模型具有较好的合理性和准确性,承载力与稳定性也满足相似模型;温度相似比为1以及相同的火场和结构时间相似比可以简化相似模型;缩尺模型试验需要严格控制火场维护结构的变形以及外界通风条件,才能保证结构在高温破坏阶段后的相似性。

English Abstract

陈适才, 王尚则, 王亚辉, 张洋, 闫维明. 钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
引用本文: 陈适才, 王尚则, 王亚辉, 张洋, 闫维明. 钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
CHEN Shi-cai, WANG Shang-ze, WANG Ya-hui, ZHANG Yang, YAN Wei-ming. EXPERIMENTAL RESEARCH AND ANALYSIS ON SIMILARITY MODEL FOR STEEL STRUCTURES UNDER FIRE[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
Citation: CHEN Shi-cai, WANG Shang-ze, WANG Ya-hui, ZHANG Yang, YAN Wei-ming. EXPERIMENTAL RESEARCH AND ANALYSIS ON SIMILARITY MODEL FOR STEEL STRUCTURES UNDER FIRE[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(8): 79-86,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0337
参考文献 (27)

目录

    /

    返回文章
    返回