基于相似分析的地铁换乘站缩尺寸火灾实验研究

基于相似理论,以北京某站台带有屏蔽门的地铁站为例搭建几何比尺为1∶20、温差比尺1∶6的模型实验台,以强热源诱导的高温辐射流代替火源,研究地铁换乘站在B3层(对应实体车站的地下三层)站台发生2 MW的火灾时,3种排烟方案下B3站台层温度及楼梯口速度分布。结果表明:烟气温度在顶棚高度沿站台长度方向蔓延时会发生衰减,并在楼梯所在位置出现大幅度温降。在人眼高度处,温度随着与火源中心距离的增加而降低,在楼梯位置处由于烟气沉降导致温度上升。火灾发生后打开B3屏蔽门、开启B3站台排烟系统、B3轨行区排烟系统和B2站台补风系统后,沿楼梯口向下的最大风速为1.4 m/s,此时应加大排烟量,开启区间隧道排烟系统。

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。

中等火灾对地铁钢筋混凝土结构的影响研究

为探究中等火灾对地铁车站段内结构的影响,采用缩尺寸试验和三维非稳态有限元模拟相结合的方法,对地铁车站结构开展1∶4比例缩尺寸的火灾试验,探究钢筋混凝土结构的变化响应。结果表明:试验所监测到的顶板、右墙和底板处温度变化呈现相似的趋势,而相同监测深度下,柱的温度变化明显高于板和右墙的温度变化;热载荷导致的应变是造成钢筋总应变的关键因素。试验结果与仿真模拟结果的对比表明,数值模拟对某些位置(如右柱中心)的温度预测存在较大偏差,因而,该三维非稳态有限元模型在应用时需进行改进与完善才能进行更准确的预测。

纵向通风下分岔隧道火灾烟气蔓延特性及控制实验研究

使用1/10的分岔隧道模型开展缩尺寸实验研究,测量不同火源功率和不同纵向通风风速下隧道内纵向温度分布,定性分析隧道火灾发生时热烟气卷吸空气的机制。结果表明:热烟气卷吸空气的根源在于其自身的斜压性和黏性造成的速度剪切。空气卷吸直接影响了隧道顶棚下方最大温度和烟气的流动状态。当无量纲通风风速小于0.19时,相比于单管隧道,分岔隧道内火羽流能够卷吸到更多的冷空气,因此顶棚下方最大温度比单管隧道的低;当无量纲通风风速大于0.19时,热烟气较多地被吹向下游,热量分配形式近似与单管隧道,因此顶棚下方最大温度接近单管隧道。随着通风风速的增加,空气卷吸强度增加,烟气层分层现象不明显。分岔隧道中一部分纵向通风风流能够进入支路隧道,因此其临界风速较单管隧道高。提出了适用于本文考虑的分岔隧道的临界风速计算模型,发现无量纲临界风速与无量纲热释放速率仍然具有与单管隧道类似的1/3幂次关系。