防火卷帘的有限元分析及其防护设计研究

摘要

防火卷帘是建筑物中重要的消防工具,多用在建筑结构的防火分区及消防通道上,阻止火灾时火势的蔓延,为消防的扑救赢得时间和发挥重要作用。然而,防火卷帘当设计不当时存在抗火性能不足的缺点。目前国内外对防火卷帘结构抗火失效的检验主要采用了基于试验的构件耐火设计方法。该方法的缺点是试验费用昂贵,受到试验设备、试验环境等条件的影响;此外,试件的温度荷载分布、约束情况难以完全反映实际情况。
　　为解决防火卷帘的抗火性能设计不足问题,本文提出一种基于ANSYS有限元分析的防火卷帘抗火失效检验方法。利用ANSYS有限元软件对防火卷帘截面温度场进行有限元模拟。同时在有限元分析计算结果的基础上,对防火卷帘提出防护设计,以使防火卷帘的抗火性能满足相关规范的要求。具体的研究内容和创新点如下:
　　1)提出基于ANSYS有限元分析的防火卷帘抗火失效检验方法。分析了高温下防火卷帘结构的材料特性,利用传热学基本理论,建立了防火卷帘截面温度场的有限元方程,为防火卷帘的有限元分析做准备。
　　2)利用ANSYS有限元分析软件,建立火灾下防火卷帘的有限元分析模型。对防火卷帘截面温度场进行有限元分析,模拟了单板式防火卷帘和复合型防火卷帘截面温度场分布随时间的变化,并与实验结果对比,分析防火卷帘抗火失效的原因。
　　3)根据有限元分析结果,提出防火卷帘的水冷却保护设计。为减少水耗量,提出一种节水型防火卷帘冷却保护设计,并用实验验证了该冷却保护设计在减少水耗量和保证结构抗火特性上的有效性。
　　4)对节水型防火卷帘冷却保护系统进行可靠性优化设计。建立了节水型防火卷帘冷却保护系统的可靠性设计模型,提出了基于系统可靠度和成本分配的可靠性优化设计方法,以降低火灾时防火卷帘抗火的失效概率。

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第一章 绪论

§1.1 课题的研究目的和意义

§1.2 国内外防火卷帘的耐火设计研究概况

§1.3 防火卷帘耐火设计的研究内容

§1.4 课题的主要研究工作及创新

第二章 防火卷帘的材料特性及有限元分析基本理论

§2.1 高温下防火卷帘钢板结构的性能分析

§2.2 高温下防火卷帘隔热材料的性能分析

§2.3 热传导偏微分方程及有限元分析定解条件

§2.4 本章小结

第三章 防火卷帘结构抗火性能的有限元分析

§3.1 有限元温度场分析的加载

§3.2 单板式防火卷帘结构的温度场计算

§3.3 复合型防火卷帘结构的温度场计算

§3.4 本章小结

第四章 防火卷帘的防护设计研究

§4.1 防火卷帘防护设计方法

§4.2 节水型防火卷帘冷却保护设计

§4.3 本章小结

第五章 节水型防火卷帘冷却保护系统的可靠性优化设计

§5.1 可靠性计算方法

§5.2 可靠性计算模型

§5.3 建筑结构消防给水量的可靠性估算

§5.4 基于成本分配的可靠性优化设计

§5.5 应用实例

§5.6 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 本文总结

§6.2 未来展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果