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环保型足尺建筑结构抗火试验平台

时间:2017-11-08     来源:厅成果处     字体显示:        阅读:{{ pvCount }}次

    本项目属于土木建筑防灾与减灾技术领域,是福建省首座大型建筑结构抗火试验平台,极大地促进了福建省在建筑结构抗火试验领域的学科发展、科学研究和抗火技术推广应用。主要用于利用低污染的环保型新技术开展大型(足尺)建筑结构或构件的耐火性能检测,从而获得相应建筑结构或构件火灾下的力学性能表现或耐火性能指标(耐火极限、声发射特性)等,为相关工程设计和应用提供参考。
    火灾是当今发生频率最高的灾害之一,给人民生命和财产安全带来巨大损失。据统计,2016年全国发生火灾31.2万起,死亡1582人,直接财产损失达37.2亿元。随着经济和社会发展,建筑结构安全和消防要求的进一步提高,亟待深入开展建筑结构的耐火性能研究工作。近年来,环境污染已经严重影响生态系统平衡和人类的正常生产和生活,各级政府也在大力进行环境污染控制和污染治理工作。在这样的背景情况下,环境友好型的火灾试验平台建设就显得尤为重要。本项目在新技术应用推广方面取得的创新性成果简介如下:
    (1)环保足尺建筑结构抗火试验平台
    火灾试验平台采用管道式天然气做燃料,是一种清洁、环境友好型的能源,且配备了具有知识产权的高精度流量计,根据炉内燃烧情况准确控制天然气流量。抗火试验平台包括水平炉和垂直炉各1座及相应的加载系统,炉内最高温度可达1200℃,受火4小时,炉壁外侧温度不超过60℃。抗火试验炉内受火空间可以实现多尺度约束边界的足尺结构或构件的耐火性能试验:水平火灾试验炉尺寸为6.0 m(长) 4.5 m(宽) 1.5 m(高);垂直火灾试验炉尺寸为4.2 m(宽) 2.5 m(厚) 3.0 m(高);水平和垂直试验炉在原有高度上尚可再增加1.5 m受火高度。水平和垂直试验炉的加载能力分别为200 T和500 T,并额外配置了4只100 T高精度电液伺服作动器,试验炉四边各布置3道反力槽,可以实现多尺度、复杂约束边界下的建筑结构或构件的耐火性能试验。基本可以满足常规结构火灾下的抗火试验需求。
    (2)研发高精度升温控制技术、推动防火产品的计量检测
    火灾试验平台采用自主研发的燃烧喷头并配备具有自主知识产权的流量计来对管道中的燃气流量进行准确控制,炉内空气按照预先设定的升温曲线进行。除自制的高精度流量计、气压监测等之外,本项目还采用了"开闭循环流量计校验"、"开闭循环稳压装置"等多项新技术。升温曲线可以按照ISO-834标准升温曲线或根据燃烧学模型建立的真实火灾升温曲线。大空间火灾炉炉温与目标曲线吻合较好,点火10 min以后的平均炉温控制精度在±2%以内。同时,还针对试验平台的温度采集系统和采集模块精度进行了计量检测,获得了福建省质量技术监督局的CMA计量认证证书。除了建筑结构的耐火性能检测外,在运营期间还将通过认证的检测功能推广用于防火门、防火墙等的防火构件耐火性能的检测中,为相关防火构件的工程应用提供依据。
    (3)火灾下结构试验监测技术和抗火(火灾后)试验技术推广应用
    抗火试验的高温下测量技术一直是火灾试验技术的难点。本试验平台为每座火灾试验炉各配备了2套高温摄像系统,以观测和记录高温下火灾炉内的受火试件表面(或楼板底面等)的变化、变形或裂缝发展状况。火灾中建筑结构或构件的破坏或倒塌通常会伴随特定的声发射特性,结合课题组多年来的建筑结构火灾下的声发射研究成果,本试验平台专门采购了一套PAC声发射仪,可以监测16 dB以上的声发射信号,分辨率为16 bits,用来测量火灾中建筑结构或构件试验过程中的声发射特性,以对不同结构类型的结构构件破坏或濒临倒塌时的声发射特性进行监测,可为进一步研究或消防预警提供参考。
    针对现有的火灾试验炉存在的问题,抗火试验平台在建设期间集成了多项相对较为先进和成熟的技术。利用该试验平台还进行了12片4.0 m×6.0 m单跨和双跨楼板的耐火性能试验,进行了不同受火方式后钢筋混凝土构件/节点的力学性能和灾后加固方法研究,延续并发展了钢筋混凝土结构耐火性能试验技术、抗火设计方法和灾后修复加固技术,通过提出合理的设计措施,保证极端条件下钢筋混凝土楼板不会倒塌,从而合理减少了防火措施和灾后修复加固费用,获得较好的经济和社会效益。该技术还被广东省标准《建筑混凝土结构耐火设计技术规程》、安徽省标准《火灾后钢筋混凝土结构加固技术规程》等所采用并得以推广。
    授权发明专利2项,实用新型4项,软件著作权1项,共计发表学术论文21篇。

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