某工程火灾后结构安全分析.pdf

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1、V01．2No．2第2卷第2期2010年6月Jun．2010某工程火灾后结构安全分析韦永斌林冰白晨光(中国建筑股份有限公司技术中心，北京101300)【摘要】本文根据某污水处理厂蛋形消化池火灾过程，建立热传导数学模型。对火场持续时间、火场温度、混凝土的热容、混凝土的热导率、大气温度、混凝土表面热交换强度等参量进行合理取值，进行计算分析，得到不同深度、不同时刻混凝土的温度场。根据混凝土、钢筋和预应力钢绞线在不同持荷条件下的化学稳定性、热力学特性，实现蛋形消化池钢筋混凝土预应力结构的火灾损伤定量分析，为蛋形消化池的火灾结构安全鉴定提供理论依据。【关键词】火灾；灾后评估；数值计算；结构安全

2、【中图分类号】X928．7；TU31R．3【文献标志码】A【文章编号】1674—7461(2010)02—0101—051工程及火灾概况1．1工程概况蛋形消化池是污水处理厂污泥消化处理的重要构筑物。该工程由四座卵形消化池通过管廊、天桥相连，并与污泥控制室形成一个整体，四座卵形消化池结构形式完全一样，池内净高43．595m，地面以上高26．995m，埋深17．60m，卵形体最大内直径24．8m，池壁砼为C40，厚从600mm渐变至400ram。外形为三维曲面体。池体内壁采用高温涂料防腐，外壁采用发泡聚氨酯保温，外挂铝塑板。地基为天然中风化岩地基。图1蛋形消化池的过火照片池体为双向有粘结

3、预应力砼结构，有粘结预应力筋采用75钢铰线，环向筋距离池壁外表面1lOmm；竖向布置在1／2池壁厚度处。非预应力筋2火灾损伤分析思路构造配筋，为双向双层钢筋网，保护层厚度35mm。1．2火灾情况该工程的蛋形消化池池体属于轴旋转壳体薄该污水处理厂的1号蛋形消化池发生火灾，过壳预应力混凝土结构，曲面半径大，火灾对池体的火面积(如图1所示)约为500m，约占体表面积烘烤接触面为池体的表面。因此，对该工程的火灾的40％。该工程发生火灾后，需要进行火灾损伤分析可以采用热传导方程进行温度场计算，然后根鉴定，以确定工程火灾后的处理方案。为了从理据温度场的计算结果，根据不同部位的材料热力学论上确定火

4、灾对蛋形消化池结构的影响程度，本特性，对相应部位的材料组织损伤程度、有效预应文对蛋形消化池池壁砼所受火灾损伤进行数值计力参数等进行定量评价。同时，对池体进行材料力算分析。学性能的原位检测和池体的满水、闭气满负荷试【基金项目】国家“十一五”科技支撑计划课题(2007BAF23B04)；中国建筑工程总公司科研资金(CSCEC一2005一C-02)。【作者简介】韦永斌(1969一)，男，高级工程师，中国建筑股份有限公司技术中心工程智能中心负责人。l02验，确定池体结构的火灾损伤后的使用功能最02T终，通过玛论分析和原位检验，实现该工程蛋形消：一Ot+(4)丁A、化池的火灾综合定量评价。pe

5、+3火灾数值计算边界条件1：T(，0)=To(5)：蛋彤消化池的池肇结构剖面简图如图2所示：其巾：塑t=0时，混凝土的温度为。热传播方向边界条件2：Q(0，t)=a(T—To)(6)其中：t>0时，为空气温度，为表面混凝土的温度，a为表面热交换强度，Q(0，t)为热流强度。在(1)至(6)中：为点坐标(，t)处的温度值P为介质体密度图2蛋形消化池池壁剖面简图C为介质热容A，为介质热导率3．1热传导方程3．3数值计算程序根据热传导理论，该蛋形消化池的火灾热影响町以通过热扩散方程(1)和其边界条件(2)和(3)考虑到温度对材料性能的影响，简化的火灾热表述。传导方程(4)为变系数偏微分方程

6、，很难求得解析热传导方程为：解。因此，本文在微软VS2008软件开发平台上，根据简化的热传导方程(4)及相应的边界条件(5)、和(6)，采用有限差分法编制火灾数值计算程序。程序界面如图3一图5所示：边界条件1：T(X，Y，，0)=To(2)其中：t=0时，混凝土温度为。边界条件2：Q(，Y，z，t)=a(T—To)(3)其中：当t>0时，(X、Y、z)为火烤混凝土表面坐标点，为空气温度，为表面混凝土的温度，a为表面热交换强度，Q(，Y，，t)为热流强度。3．2简化热传导方程由于池壁曲面半径大于池壁厚度20倍，以上方程可简化为一维热传导方程(4)及其边界条件(5)和(6)。图3火灾热传

7、导计算参数输入界面某工程火灾后结构袭全分析103图4不同深度温度分布曲线图5某点处温度随时间变化曲线3．4计算参数取值T=30+3451og(5×8+1)=586<750~C(10)应用该程序对工程火灾的温度场进行数值计现场火焰的颜色为红色，其火焰温度按照不小算，计算参数取值如下：于750oC考虑。(1)计算点过火时间(3)大气温度蛋形消化池的过火高度为242—215=27m，过根据气象资料，大气温度取为30~C。火时间历时35min，平均局部过火速度为(