火面
關(guān)注創(chuàng)建者：月霜行 創(chuàng)建時(shí)間：2020-12-30
火面的實(shí)例教程
采用電爐對(duì)不銹鋼芯板進(jìn)行加熱，爐膛尺寸為800×1200×800mm（L×H×W），單面受火時(shí)僅使用一半爐膛。采用陶瓷纖維板制成夾持裝置將不銹鋼芯板固定在爐膛上，如圖2（示意圖）、圖3（實(shí)物圖）所示。分別在不銹鋼芯板受火面和背火面中心處及對(duì)稱軸1/4處布置K型熱電偶測(cè)量受火面和背火面溫度，同時(shí)，采用紅外熱像儀觀測(cè)背火面溫度。爐內(nèi)升溫曲線設(shè)定為ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。
圖2
圖3
2.2 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)前后受火面變化情況見圖4，試驗(yàn)前芯板表面顏色光潔，表面觸感光滑；試驗(yàn)后芯板表面顏色局部區(qū)域呈褐紅色，觸感粗糙，其余區(qū)域呈青黑色。
展開 受熱面磨損引起四管爆破 ,因磨損機(jī)理的不同 ,可以分為以下幾類 :
( 1) 飛灰磨損 ;
飛灰磨損是造成低溫受熱面磨損 、泄漏 、爆管的最重要原因之一 。試驗(yàn)表明 , 對(duì)于碳鋼表面 , 沖擊角為30° ～ 50° 的部位磨損最嚴(yán)重 , 會(huì)在管壁表面造成一個(gè)磨損棱角 。同時(shí)在鍋爐中 , 飛灰磨損造成低溫受熱面爆管主要是因?yàn)樵撎幋嬖跓煔庾呃?。
( 2) 機(jī)械磨損 ;
機(jī)械磨損的產(chǎn)生原因是受熱面管排上的管卡常會(huì)因過熱變形或焊接不牢固而開焊 , 造成管子振動(dòng)并與管卡相磨 ,或者水冷壁與其他相鄰部件有撞擊或摩擦 ,使管壁磨損減薄 ,當(dāng)管壁減薄到一定程度時(shí) , 在內(nèi)壓的作用下 ,管子發(fā)生爆破 。因此 ,可在管子表面發(fā)現(xiàn)有明顯的機(jī)械摩擦痕跡 。
( 3) 吹灰磨損 ;
吹灰器的投入 ,會(huì)造成管壁磨損問題 。吹灰磨損的外形與飛灰磨損較為相象 , 管壁的金相也相似 , 通常只是機(jī)械性磨損 , 發(fā)生塑性破壞 , 管壁磨損處明顯減薄 。一般發(fā)生磨損爆管的地方都位于吹灰器的吹灰管排處 。
( 4) 煤粒磨損 ;
煤粒磨損一般是由于三次風(fēng)嘴( 或主火嘴) 燒壞變形 ,帶粉氣流沖刷到周圍水冷壁而造成的 。對(duì)于煤粒磨損 ,其破口特征為 : 爆口沿向火面中心線一側(cè)的壁厚最薄處開裂 ,然后以向火面另一側(cè)為軸呈掀開狀 。爆口邊緣呈刀刃狀 ,一端撕裂 , 爆破管及兩側(cè)管無脹粗 、鼓包 。向火面中心線一側(cè)嚴(yán)重磨損減薄 , 爆口附近管可能有結(jié)渣現(xiàn)象 。爆口邊緣及相鄰管向火側(cè)的金相組織變化不大 ,爆口邊緣的鐵素體晶粒無明顯拉長(zhǎng)現(xiàn)象 ,說明水冷壁爆破時(shí)塑性變形不大 。
展開 水冷壁或屏式受熱面銷釘高度和密度符合設(shè)計(jì)要求，銷釘焊縫無裂紋和咬邊等缺陷，焊縫熔深符合要求，必要時(shí)進(jìn)行著色探傷檢查。所有制造廠家焊縫做外觀檢查，外形尺寸及表面質(zhì)量符合技術(shù)要求，并按規(guī)定進(jìn)行焊縫抽檢。
b.強(qiáng)化鍋爐受熱面檢修管理。受熱面管子、鰭片應(yīng)保持平整，對(duì)存在“凸出”或“凹陷”的部位及時(shí)進(jìn)行處理。受熱面換管時(shí)管子及鰭片不得錯(cuò)口，更換后向火面管子及鰭片焊縫應(yīng)打磨平滑，并嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。對(duì)于使用爐內(nèi)檢修平臺(tái)消缺的，每年至少安排一次對(duì)爐內(nèi)受熱面進(jìn)行全面檢查。水冷壁新防磨材料、新技術(shù)工藝使用前進(jìn)行充分技術(shù)論證、調(diào)研及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
c.加強(qiáng)尾部煙道防磨裝置管理。受熱面防磨裝置逢停必查，尤其是內(nèi)彎防磨瓦的磨損和松動(dòng)情況檢查處理。阻流板、防磨瓦等防磨裝置無脫落、歪斜和移位，磨損厚度超過1/2應(yīng)更換。用點(diǎn)焊固定護(hù)板時(shí)，充分考慮防磨瓦與管道之間相對(duì)膨脹，防磨瓦一般加3道固定卡箍，防止防磨瓦變形脫落或移位。尾部煙道四周及角落區(qū)域應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流板，防止產(chǎn)生“煙氣走廊”導(dǎo)致管道局部沖刷磨損。
d.提高承壓管道焊接質(zhì)量。承壓部件焊接應(yīng)嚴(yán)格審核焊工資質(zhì)，焊接前應(yīng)有焊接工藝評(píng)定，焊接時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝卡，焊縫進(jìn)行100%探傷。焊接材料選擇、焊接工藝、焊后熱處理、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)及質(zhì)量評(píng)定等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。原則上不得在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行異種鋼焊接，迫不得已時(shí)須進(jìn)行試驗(yàn)性焊接，合格后方可進(jìn)行正式焊接工作。水冷壁密封鰭片及管子對(duì)接焊縫不得有漏焊、夾渣、咬邊等缺陷。
e.預(yù)防承壓管道異物堵塞。受熱面換管時(shí)宜采用機(jī)械切割，如需采用火焰切割時(shí)火焰角度應(yīng)與管道相切，割管后管口要及時(shí)用專用堵頭封堵。采用氬弧焊對(duì)管道內(nèi)口進(jìn)行封堵時(shí)應(yīng)采用焊接專用水溶紙，并盡可能減少用紙量。受熱面管在組合和安裝前必須分別進(jìn)行通球試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后及時(shí)做好封堵措施。
展開 與其他鋼結(jié)構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件類似，鋼管約束鋼筋混凝土柱的抗火性能也是有待解決的關(guān)鍵問題之一。
目前國內(nèi)外在鋼管約束鋼筋構(gòu)件方面的相關(guān)研究很少。1997 年，Niwa Hironori 等進(jìn)行了外包鋼板方形鋼筋混凝土柱耐火性能的試驗(yàn)研究［1］，試驗(yàn)結(jié)果表明試件耐火極限可達(dá)到3 h; 2014 年，劉發(fā)起對(duì)火作用下與火災(zāi)后圓鋼管約束鋼筋混凝土柱力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究［2］，試驗(yàn)結(jié)果表明同等條件下，鋼管約束鋼筋混凝土柱的耐火極限遠(yuǎn)高于鋼管混凝土柱，基于研究結(jié)果提出了鋼管約束鋼筋混凝土柱的耐火極限和承載力設(shè)計(jì)建議。目前，國內(nèi)外對(duì)鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能的研究中，均未涉及鋼管鋼材類型、混凝土強(qiáng)度和縱筋保護(hù)層厚度對(duì)溫度場(chǎng)的影響; 本文對(duì)以上問題進(jìn)行研究，為火作用下圓鋼管約束鋼筋混凝土柱的耐火性能研究提供參考。
2
溫度場(chǎng)非線性有限元分析
外界通過熱輻射和熱對(duì)流向鋼管約束鋼筋混凝土柱構(gòu)件傳遞熱量，構(gòu)件內(nèi)部則通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行熱量交換。根據(jù)文獻(xiàn)［2 － 3］，構(gòu)件受火時(shí)沿長(zhǎng)度方向的熱傳導(dǎo)可忽略，且火作用下構(gòu)件的熱量傳遞為瞬態(tài)傳熱，求解火作用下鋼管約束鋼筋混凝土柱的溫度場(chǎng)實(shí)際上是求解截面內(nèi)部的導(dǎo)熱微分方程。
展開 概述
建筑物中的火的發(fā)展包括火災(zāi)起始、充分發(fā)展和衰滅三個(gè)階段，是一個(gè)復(fù)雜的燃燒、傳熱、傳質(zhì)和湍流過程，其中涉及到各種非線性問題。火災(zāi)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)工程、火災(zāi)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科知識(shí)體系，相當(dāng)復(fù)雜。目前規(guī)范中僅僅涉及到防火的措施，并沒有具體設(shè)計(jì)的要求。隨著建筑科技的發(fā)展，對(duì)建筑物整體的防火評(píng)估以及發(fā)生火災(zāi)之后可能破壞部位也是目前在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮的重點(diǎn)。Abaqus強(qiáng)大的非線性功能可以很好的模擬火在建筑物中 的傳遞，以及整個(gè)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的變形直到其徹底失效。
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火分析
鋼材的承載性能會(huì)隨著溫度的升高而急劇降低，在高溫條件下，無任何保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)很快會(huì)出現(xiàn)塑性變形，致使建筑倒塌。在9.11事件中，在強(qiáng)烈的高溫作用下，鋼結(jié)構(gòu)筒體的承載強(qiáng)度迅速下降，二十分鐘之后就出現(xiàn)徹底破壞。
以下是模擬鋼框架梁發(fā)生火災(zāi)，以獲得火災(zāi)設(shè)計(jì)失效時(shí)間以及特定條件下的火災(zāi)災(zāi)害分析。
四面受火包圍的梁在受火時(shí)間的變形：
可以看到經(jīng)過 25.15 分鐘之后梁的承載能力完全喪失，達(dá)到最終的變形。
三面受火的梁在受火時(shí)間內(nèi)的變形：
鋼結(jié)構(gòu)建筑防火分析
以下是八層鋼框架結(jié)構(gòu)在四層出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)的有限元模擬，考慮到火的流動(dòng)形式對(duì)變形的影響。最后計(jì)算了結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生火災(zāi)時(shí)截面變形。可以看到火的流動(dòng)方式不同導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的形式也是不同的。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件防火分析
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下自我保護(hù)能力明顯的高于鋼結(jié)構(gòu)，但是鋼筋混凝土材料本身的非線性使得問題的分析要比單純鋼結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，雖然屬于熱惰性材料，但由于火災(zāi)的高溫作用，材料性能將嚴(yán)重劣化，在結(jié)構(gòu)中將發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)(應(yīng))力重分布，使結(jié)構(gòu)性能大大削弱，危及結(jié)構(gòu)的安全。
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火面的最新內(nèi)容
對(duì)于煤粒磨損 ,其破口特征為 : 爆口沿向火面中心線一側(cè)的壁厚最薄處開裂 ,然后以向火面另一側(cè)為軸呈掀開狀 。爆口邊緣呈刀刃狀 ,一端撕裂 , 爆破管及兩側(cè)管無脹粗 、鼓包 。向火面中心線一側(cè)嚴(yán)重磨損減薄 , 爆口附近管可能有結(jié)渣現(xiàn)象 。爆口邊緣及相鄰管向火側(cè)的金相組織變化不大 ,爆口邊緣的鐵素體晶粒無明顯拉長(zhǎng)現(xiàn)象 ,說明水冷壁爆破時(shí)塑性變形不大 。
主要類型有:準(zhǔn)型火花塞、緣體突出型火花塞、電極型火花塞、座型火花塞、極型火花塞、面跳火型火花塞等。
分別在不銹鋼芯板受火面和背火面中心處及對(duì)稱軸1/4處布置K型熱電偶測(cè)量受火面和背火面溫度，同時(shí)，采用紅外熱像儀觀測(cè)背火面溫度。爐內(nèi)升溫曲線設(shè)定為ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。
受熱面換管時(shí)管子及鰭片不得錯(cuò)口，更換后向火面管子及鰭片焊縫應(yīng)打磨平滑，并嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。對(duì)于使用爐內(nèi)檢修平臺(tái)消缺的，每年至少安排一次對(duì)爐內(nèi)受熱面進(jìn)行全面檢查。水冷壁新防磨材料、新技術(shù)工藝使用前進(jìn)行充分技術(shù)論證、調(diào)研及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
c.加強(qiáng)尾部煙道防磨裝置管理。受熱面防磨裝置逢停必查，尤其是內(nèi)彎防磨瓦的磨損和松動(dòng)情況檢查處理。阻流板、防磨瓦等防磨裝置無脫落、歪斜和移位，磨損厚度超過1/2應(yīng)更換。
三面受火的梁在受火時(shí)間內(nèi)的變形：
鋼結(jié)構(gòu)建筑防火分析
以下是八層鋼框架結(jié)構(gòu)在四層出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)的有限元模擬，考慮到火的流動(dòng)形式對(duì)變形的影響。最后計(jì)算了結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生火災(zāi)時(shí)截面變形。可以看到火的流動(dòng)方式不同導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的形式也是不同的。
2.1定解條件
火作用下圓鋼管約束鋼筋混凝土柱截面溫度場(chǎng)按第三類邊界條件計(jì)算，構(gòu)件初始溫度取20℃，計(jì)入對(duì)流、輻射和界面熱阻，鋼管表面對(duì)流傳熱系數(shù)取25W/(㎡·℃)，綜合輻射系數(shù)取0. 5，Stefan-Boltzmann常數(shù)，與受火面接觸的介質(zhì)溫度均按ISO—834 升溫曲線確定。
