虚拟仿真技术在钢结构抗火实验教学的应用

频发的火灾造成的巨大生命和经济损失提升了人们对建筑抗火性能的要求。但是结构抗火实验具有规模大、成本高、不可触及等特点,因此很难在高校开展相关的结构抗火试验。为了适应土木工程行业发展的需要,培养具有较强创新能力的后备人才,开发了建筑钢结构抗火模拟仿真实验平台,利用计算机技术开展结构抗火仿真实验。教学实践表明,该虚拟仿真实验平台能够摆脱时间和空间的限制,让学生们建立对钢结构建筑在火灾下破坏过程和破坏机理的直观印象,学习抗火实验的步骤、仪器和操作方法等知识,取得了良好的教学效果。

结构抗火研究进展与趋势

火灾高温对结构材性有显著影响,因此火灾极易造成结构损伤、破坏甚至倒塌。随着建筑事业的发展和建设水平的提高,如何合理进行结构的抗火设计正越来越受到学术界和工程界的关注。本文简要回顾了结构抗火研究历史,论述了近年来结构抗火研究的主要进展,指出了结构抗火研究尚存在的问题,对结构抗火研究趋势进行了展望,并提出了目前抗火研究尚需解决的关键科学问题。

结构抗火混合试验方法的研究进展

基于构件标准试验的抗火试验方法很难考虑非受火构件对受火构件的约束效应,也难以反映受火构件对整体结构抗火性能的影响,而正在兴起的抗火混合试验方法是解决上述问题的一条重要途径。本文首先简述传统结构抗火试验方法及其面临的问题,进一步阐述了抗震混合试验与抗火混合试验的关系,然后从试验流程原理、典型试验装置及对应力学边界条件、试验子结构选取与数据交换、不同试验方法的结果对比等方面较为系统地介绍了第一代抗火混合试验,并简要介绍了正在进行中的第二代抗火混合试验系统及其特点,最后总结了抗火混合试验中有待进一步深入研究的几个关键科学问题。

结构抗火试验室通风状况的数值模拟及分析

利用Fluent软件对结构抗火试验室内的气流组织进行了模拟,分析了影响试验室内污染物分布的因素,结合实测对模拟结果进行了验证。提出了不同的通风改造方案,并在数值模拟的基础上优选出最终方案,以改善试验室人员的工作环境。

大跨度建筑钢结构抗火性能研究进展与趋势

大跨度建筑空间大,火灾升温区别于小室火灾。大跨度建筑钢结构体系不同于多高层梁柱框架钢结构体系,其火灾下力学响应更加复杂。如何科学地评价大跨度建筑钢结构,特别是空间杆系钢结构和预应力张拉钢结构的抗火性能,受到了科研和工程技术人员越来越多的关注。简要回顾了大跨度建筑钢结构抗火的研究历程,论述了近年来大跨度建筑钢结构抗火研究的主要进展,并对大跨度建筑钢结构抗火研究提出展望。

融合虚拟技术的建筑结构抗火实验教学平台建设与教学探索

当前,建筑结构抗火实验教学逐渐成为土木工程防灾与减灾课程的一项重要授课内容。然而,国内仅有少数高校拥有建筑结构抗火实验实体平台,并且由于抗火实验的特殊性,相关教学资源非常有限。鉴于此,依托多媒体、网络通信和虚拟仿真等现代技术,先后建设了实体实验平台、虚拟仿真平台、虚拟教具、微试验以及MOOC等现代教学资源,构建了建筑结构抗火实验教学系统性教学资源与平台。利用该平台,突破传统实验教学模式,以趣为核探索虚实结合的施教方案,实现实验教学与理论教学的高度融合。建立了过程与结果并重的实验教学评价体系,并注重持续改进。强调学习的自主性与创新性,鼓励学生大胆尝试,增强学习的主观能动性,提升行业竞争能力。

钢与钢-混凝土组合结构抗火研究进展

钢及钢-混凝土组合结构抗火问题一直是建筑安全领域的中心课题,吸引大批学者去研究,并取得了丰硕的成果。为此,系统地总结和概括了这些成果,同时指出需进一步解决的问题和未来发展方向。

弦支穹顶结构抗火极限承载力分析

一、引言 目前,我国建筑造型的多样化、多功能趋势,使得钢结构有了更大的发展空间。耐火性能差是钢结构的一个致命缺点,钢材的强度、弹性模量等基本力学性能指标在高温下急剧下降,一旦发生火灾钢结构就有可能发生严重的破坏甚至过早地整体倒塌。而预应力钢结构对温度更为敏感，对其进行抗火分析显得更加重要。本文以2008年奥运羽毛球馆弦支穹顶结构为例进行抗火反应非线性有限元分析。本文的研究内容可分为两大部分，对火的分析和对结构的火反应分析。

结构抗火试验炉炉内燃烧过程的数值模拟

利用FLUENT商业软件对采用液化石油气作为燃料的结构抗火试验炉炉内燃烧过程进行非稳态三维数值模拟。对炉内温度场、压力场、及温升曲线进行分析,并与标准规定值进行比较。同时对炉气外溢量进行预测。研究结果对结构抗火试验炉的设计和燃烧炉外实验室通风优化和污染物控制具有一定的理论指导意义。

混凝土结构抗火设计综述

总结归纳了国内外混凝土结构抗火设计研究的现状、混凝土结构的火灾反应，在指出目前我国结构抗火设计方法存在的缺点的基础上，提出基于计算的结构抗火设计方法，并针对现阶段的研究状况，对结构抗火设计有待进一步研究的问题提出了自己的见解。

预应力混凝土结构抗火性能分析及思考

引言 预应力混凝土结构以其自重轻、省材料、抗裂度好等优点在我国建筑工程中得以广泛应用,尤其在一些大跨度、高耸及重荷载作用的结构中较常见。但由于预应力混凝土结构在火灾下的力学行为表现复杂,预应力混凝土结构的建筑缺乏有效的抗火设计,加之自身材料耐火性能差等因素导致预应力混凝土结构抗火能力较差。

中外土木工程防灾专业工程结构抗火课程比较研究

灾害防治是土木工程专业必须考虑的重要课题,对保护人身、财产安全起关键作用。火灾是发生频率最高、造成损失最严重的灾害之一,因此工程结构抗火不可忽视。文章主要分析了工程结构抗火课程的发展情况,以同济大学、重庆大学、武汉大学、东南大学、香港理工大学、伊利诺伊大学香槟分校等高校为例,在课程设置、课程要求和课程内容等方面对其进行讨论和研究,发现高校对教学重视程度的不同极大影响课程教学内容的选择和最终的教学效果。根据比较研究的结果,提出适合中国国情的教学改革方案。

某结构抗火实验室通风改造的数值模拟研究

本文通过实测和CFD数值模拟的方法,研究了上海市某高校结构抗火实验室室内污染情况,实测对模拟结果进行了验证。结合实验室实际空间条件的限值,提出7组不同的机械通风方案,并在数值模拟的基础上对各组方案的污染物控制效果进行比较,优选出最终方案,以改善实验室人员的工作环境。

钢筋混凝土结构抗火损伤与安全性能研究

高温及火灾对钢筋混凝土结构的材料性能有着显著的影响,火灾也极为容易造成钢筋混凝土结构的损伤、破坏甚至倒塌。本文重点阐述了钢筋和混凝土结构在高温抗火中的特性,结合工程实际,相应的提出了钢筋混凝土结构抗火与安全技术加固措施。

建筑结构抗火虚拟仿真实验平台的开发与实践

当前,开展建筑结构抗火理论与实验教学已成为“土木工程防灾与减灾”课程的重要内容。然而,国内大多数高校尚无法开展结构抗火实验,并且国内外火灾实验的资源非常有限。鉴于此,以中国矿业大学工程结构火安全重点实验室为实体平台,克服了火灾虚拟仿真实验的难点与痛点,成功构建了高仿真度的建筑结构抗火虚拟仿真实验平台。在虚拟环境中,学生亲自动手完成实验模型的制作与安装全过程,并且操作大型抗火实验设备完成抗火实验。实验过程中,通过沉浸性的火灾实验现象使学生了解如何通过改变建筑结构防火构造来提高建筑物耐火性能,从而加深对结构抗火基本原理的理解,体现了课程的教育教学核心要素,达到了“两性一度”的实验实践教学要求。

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散问题是建筑火灾科学的两个重要研究内容,尽管二者最为关注的目标都与时间有关,即结构耐火时间和疏散时间,但实际对这两个问题的研究基本上是独立进行的。首先对结构抗火性能和人员疏散的研究现状和存在的问题进行了梳理总结,从疏散范围和疏散时间两方面讨论了结构抗火性能和人员疏散之间需要满足的关系。基于此,提出了一种适合于性能化结构抗火设计新的极限状态——安全疏散极限状态,将结构抗火性能研究和人员安全疏散结合起来,进而利用时间变量建立极限状态方程,为性能化结构抗火设计提供了一种新的思路。最后,对未来需要解决的若干关键问题进行展望。

科学合理的标准体系保障钢结构抗火安全

钢结构抗火性能差，制定科学、合理的相关标准体系，对确保钢结构抗火安全十分重要。

某建筑整体钢结构抗火响应特性的比较

以某钢结构建筑为例,在分别采用CFD模拟真实火灾温升和ISO 834标准温升两种情况下,利用ABAQUS软件后处理二次开发程序进行基于整体的钢结构抗火承载力分析,用直观云图显示受火构件破坏位置。结果表明,火灾温升曲线不仅影响钢结构破坏的时间,而且影响初始破坏构件的位置。得出只有基于整体的钢结构抗火分析才能反映火灾下钢结构的内力重分布作用,且在钢结构抗火验算中应当采用最接近真实工况的温升曲线的结论。

钢结构抗火研究现状与发展趋势

分析了钢结构抗火研究的现状,指出了钢结构抗火研究尚存在的问题,对钢结构抗火研究趋势进行了展望.

某鼓楼式高层酒店结构抗火与防火设计分析

以某鼓楼式高层建筑为例,针对其造型独特、外观新颖和民族特色鲜明的特点,以结构抗火和防火设计中存在的难点为切入点,在确保该建筑的结构抗火和建筑防火安全的前提下,依据国家有关规范、标准,基于结构可靠度和智慧防火理念,对其结构抗火材料、安全疏散、消防登高操作场地及消防设施设计的优化措施进行探讨。提出在设计类似鼓楼式的高层建筑时,应充分考虑火灾与风荷载等多灾种的耦合性,积极应用智慧消防等新技术,全面提升其结构可靠度和消防安全性。