室内火灾升温的概率模型及混凝土柱火灾行为随机性的研究

实际火灾的发生和发展过程受到各种随机因素的影响，因此火灾的升温过程及结构的火灾反应都是典型的随机过程。传统的结构抗火设计方法不考虑火灾的随机性，只是根据标准升温曲线进行确定性分析，因此不能了解结构抗火安全的概率，设计理论比较落后。本项目考虑火灾的随机性，拟对住宅建筑内实际火灾的随机规律进行研究，并在此基础上研究实际火灾作用下结构构件火灾行为的随机性。首先，对我国住宅建筑的火灾荷载和房间特征进行调查统计，了解影响火灾随机性的主要因素，并以此为基础进行室内火灾升温的足尺试验研究和数值模拟，然后在试验和模拟的基础上分析室内火灾升温过程的随机规律，建立室内火灾升温的概率模型；其次，对混凝土柱在实际火灾作用下的行为进行试验研究，编制数值程序模拟混凝土柱的火灾行为，分析混凝土柱在实际火灾下高温承载能力和耐火极限的随机性；最后根据数据拟合和简化，给出考虑火灾随机性的混凝土柱实用的概率抗火设计方法。

由于真实的室内火灾的发生和发展过程受到各种随机因素的影响，因此实际火灾的升温过程及结构的火灾反应都是典型的随机过程。本项目考虑火灾的随机性，对住宅建筑内实际火灾的随机规律进行了研究，并在此基础上对实际火灾作用下混凝土柱火灾行为的随机性分析进行了一定的研究工作。对我国住宅建筑中卧室的火灾荷载以及房间面积、开口情况等几何特征进行了调查统计，给出了火灾荷载密度、房间面积的概率分布规律和概率分布函数，并直接给出了火灾荷载的概率分布函数。进行了足尺的真实室内火灾的试验研究，在砌筑的足尺房间内按照正常使用情况布置床、衣柜、衣物等生活用品，观测了从床上开始起火的火灾发展的全过程，记录了房间内多个测点的升温过程，研究了火灾发展规律。利用FDS软件对真实室内火灾试验过程进行了计算机模拟。在模拟中合理设置分析参数，得到了火场发展和升温的整个过程，大致与试验结果相近，表明模拟分析手段是有效的，模拟结果具有参考价值。探讨了室内火灾升温的参数化模型，推荐采用ASCE模型进行火灾升温过程的描述。进行了钢管混凝土柱在标准升温条件下火灾行为的试验研究，了解了其截面温度变化、变形和破坏过程、耐火极限。在试验结果分析和热力学理论的基础上，编制了矩形钢筋混凝土柱和圆形钢管混凝土柱的截面温度场分析程序和抗火性能的数值模拟程序。程序具有方便的可视化界面，并与试验结果符合得较好。最后，在火灾荷载、室内升温模型、抗火性能数值计算程序的基础上，利用蒙特卡罗方法实现了混凝土柱火灾行为随机性的数值分析，实现了耐火极限的概率分析。本项目总体上完成了预定的研究目标，取得了部分研究成果，同时也有一些不足的地方，也发现了更多需要进一步研究的地方。