一种钢结构火灾反应分析方法技术

本发明专利技术公开了一种钢结构火灾反应分析方法，属于工程结构抗火灾分析技术领域。包括：a、确定火场相似关系，火场相似关系至少包括几何相似比；b、根据火场相似关系，确定钢结构的结构相似关系，结构相似关系至少包括表面力相似比、体积力相似比、集中载荷相似比以及结构温度相似比；c、根据火场相似关系，确定钢结构的传热相似关系；d、根据火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系建立缩尺模型；e、对缩尺模型进行火灾试验；f、根据缩尺模型的火灾试验结果、火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系分析得出钢结构的火灾反应情况。该分析方法能够更加真实、准确地反映钢结构火灾反应情况，操作简单，避免足尺试验的限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程结构抗火灾分析
，特别涉及一种钢结构火灾反应分析方法。
技术介绍
随着钢结构在建筑中的应用越来越广泛，对钢结构火灾反应进行分析，从而进行合理的钢结构抗火设计显得尤为重要。传统的钢结构火灾行为分析方法主要有：根据流体力学理论以及有限元数值方法进行数值模拟、建筑结构足尺火灾试验、采用考虑整体结构影响的约束构件的抗火试验方法等。但是数值模拟方法得出的模拟结果的正确性需要验证，建筑结构足尺火灾试验费用昂贵、实验室条件以及试验设备受到限制，由于约束边界条件的复杂性以及结构破坏机制的整体性使得约束构件的试验研究难以反映整体结构的倒塌机制，并且试验时难以考虑真实火灾的影响。缩尺模型试验是近年来工程结构试验研究中的常用方法。缩尺模型试验的主要过程包括：根据相似关系建立缩尺模型，对缩尺模型进行火灾试验，再根据相似关系以及缩尺模型的火灾试验结果对原型的火灾行为进行分析。在实现本专利技术的过程中，本专利技术人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的利用缩尺模型试验对钢结构进行火灾行为分析时，主要是根据火场相似理论建立几何尺寸、火源功率、壁面传热特性、初始温湿度及初始气压等火场相似关系。但是仅仅根据火场相似关系建立的缩尺模型并不能真实的反应原型的实际情况，导致对钢结构火灾反应的分析结果不过准确。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术实施例提供一种能够真实、准确反映钢结构火灾反应的钢结构火灾反应分析方法。具体而言，包括以下的技术方案：本专利技术实施例提供了一种钢结构火灾反应分析方法，所述分析方法包括：a、确定火场相似关系，所述火场相似关系至少包括几何相似比；b、根据所述火场相似关系，确定所述钢结构的结构相似关系，所述结构相似关系至少包括表面力相似比、体积力相似比、集中载荷相似比以及结构温度相似比；c、根据所述火场相似关系，确定所述钢结构的传热相似关系；当所述钢结构没有设置防火保护时，所述传热相似关系至少包括对流换热系数相似比以及综合辐射系数相似比；当所述钢结构设置防火保护时，所述传热相似关系至少包括防火层厚度相似比；d、根据所述火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系建立缩尺模型；e、对所述缩尺模型进行火灾试验；f、根据所述缩尺模型的火灾试验结果、所述火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系分析得出所述钢结构的火灾反应情况。进一步地，步骤b具体包括：确定不存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比；确定只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比；利用叠加原理，并根据不存在温度作用时和只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比，得到所述钢结构的结构温度相似比。具体地，根据以下公式确定所述不存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比：λq＝1， λ G = 1 λ L ; ]]>其中，λq代表不存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比，λG代表不存在温度作用时所述钢结构的体积力相似比，λL代表所述几何相似比。具体地，根据以下公式确定所述只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比： λ q T = 1 , ]]> λ G T = 1 λ L ; ]]>其中，代表只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比，代表只存在温度作用时所述钢结构的体积力相似比，λL代表所述几何相似比。具体地，步骤c中，根据以下公式确定所述对流换热系数相似比以及综合辐射系数相似比： λ h c = λ L 0.5 , ]]> λ h c = λ L 0.5 ; ]]>其中，代表所述对流换热系数相似比，代表所述综合辐射系数相似比，λL代表所述几何相似比。具体地，步骤c中，当所述缩尺模型的防火层与所述钢结构的原型的防火层采用相同的防火材料时，根据以下公式确定所述防火层厚度相似比： λ δ i = λ L 0.25 ; ]]>其中，代表所述防火层厚度相似比，λL代表所述几何相似比。具体地，步骤c中，当所述缩尺模型的防火层与所述钢结构的原型的防火层采用不相同的防火材料时，根据以下公式确定所述防火层厚度相似比： λ δ i = λ L - 0.5 ; ]]>其中，代表所述防火层厚度相似比，λL代表所述几何相似比。具体地，步骤a中，所述几何相似比大于或者等于1/8。本专利技术实施例提供的技术方案的有益效果：本专利技术实施例提供的钢结构火灾反应分析方法中，根据火场相似关系，确定钢结构的结构相似关系及传热相似关系，并根据火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系建立缩尺模型，对缩尺模型进行火灾试验后，最终再根据缩尺模型的火灾试验结果以及火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系分析得出钢结构原型的火灾反应情况。由于缩尺模型是根据火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系建立的，因此，与现有的仅根据火场相似关系建立的缩尺模型相比，本专利技术实施例提供的分析方法中建立的缩尺模型更贴近原型，因此本专利技术实施例提供的分析方法能够更真实、更准确地反映钢结构火灾反应情况，并且操作简单，避免足尺试验的限制，有利于更准确地研究常规岛钢结构厂房抗火设计方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为钢结构框架的变形情况；图2为原型和缩尺模型在火灾过程中跨中位移随时间的变化关系；图3为原型和缩尺模型在火灾过程中结构温度随时间的变化关系。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本专利技术实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。本领域技术人员可以理解的是，本专利技术实施例中所涉及的各个相似比均指缩尺模型与原型的比例，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢结构火灾反应分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：a、确定火场相似关系，所述火场相似关系至少包括几何相似比；b、根据所述火场相似关系，确定所述钢结构的结构相似关系，所述结构相似关系至少包括表面力相似比、体积力相似比、集中载荷相似比以及结构温度相似比；c、根据所述火场相似关系，确定所述钢结构的传热相似关系；当所述钢结构没有设置防火保护时，所述传热相似关系至少包括对流换热系数相似比以及综合辐射系数相似比；当所述钢结构设置防火保护时，所述传热相似关系至少包括防火层厚度相似比；d、根据所述火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系建立缩尺模型；e、对所述缩尺模型进行火灾试验；f、根据所述缩尺模型的火灾试验结果、所述火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系分析得出所述钢结构的火灾反应情况。

【技术特征摘要】
1.一种钢结构火灾反应分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：a、确定火场相似关系，所述火场相似关系至少包括几何相似比；b、根据所述火场相似关系，确定所述钢结构的结构相似关系，所述结构相似关系至少包括表面力相似比、体积力相似比、集中载荷相似比以及结构温度相似比；c、根据所述火场相似关系，确定所述钢结构的传热相似关系；当所述钢结构没有设置防火保护时，所述传热相似关系至少包括对流换热系数相似比以及综合辐射系数相似比；当所述钢结构设置防火保护时，所述传热相似关系至少包括防火层厚度相似比；d、根据所述火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系建立缩尺模型；e、对所述缩尺模型进行火灾试验；f、根据所述缩尺模型的火灾试验结果、所述火场相似关系、结构相似关系以及传热相似关系分析得出所述钢结构的火灾反应情况。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，步骤b具体包括：确定不存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比；确定只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比；利用叠加原理，并根据不存在温度作用时和只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比，得到所述钢结构的结构温度相似比。3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，根据以下公式确定所述不存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比：λq＝1， λ G = 1 λ L ; ]]>其中，λq代表不存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比，λG代表不存在温度作用时所述钢结构的体积力相似比，λL代表所述几何相似比。4.根据权利要求3所述的的分析方法，其特征在于，根据以下公式确定所述只存在温度作用时所述钢结构的表面力相似比以及体积力相似比： λ q T = 1 , ]]> λ G T = 1 &...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志谦，金靖，刘晓珂，陈适才，张洋，
申请(专利权)人：国核电力规划设计研究院，国核北京核电常规岛及电力工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11