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铝质耐火窗玻璃耐火时间的确定
- 2021-12-22-

  建筑火灾中,玻璃窗起到很重的防火和隔火的作用,在对建筑结构的防火设计中玻璃窗的耐火时间尤为的重要。对于铝质耐火窗的耐火时间的确定,各国的学者都有不同的定义,而且对于不同的玻璃窗也有不同的耐火时间。有学者在对火灾场景下普通玻璃的耐火性能试验分析后发现普通的玻璃当暴露表面和遮蔽表面的温差达到80℃时玻璃就会破裂,并分析了玻璃在火灾的高温场景中的各参数的热工性能,试验发现玻璃的中央暴露部位和边缘的遮蔽表面的温差达到60℃时玻璃就会破裂。在研究玻璃破裂脱落的问题中,有学者主要的研究关键点在玻璃破裂脱落时的暴露表面和遮蔽表面的温差,并没有侧重于玻璃破例时的温度,有学者主要研究玻璃的耐火时间,即玻璃破裂脱落的时间。在分析玻璃的耐火时间时,采用的是ANSYS中的单元生死功能来实现玻璃的破裂分析。铝质耐火窗的玻璃出现裂纹并破裂脱落的时间按照玻璃的破裂单元面积占玻璃平板边缘的总面积的百分比来具体的确定。

  有研究使用的ANSYS的单元生死功能,在分析时并不知道要将哪一部分的单元杀死,不知道要去掉的单元的实际确切的位置,所以在使用单元的生死功能之前必须先要计算出单元的火灾场景中的热应力和热应变,使用ANSYS中的ETABLE功能选择超过玻璃抗压限度强度的单元,将其"杀死"。当玻璃内部的热应力超过玻璃的限度拉应力后玻璃就会破裂脱落,在ANSYS分析中将超过玻璃限度拉应力的单元"杀死"后,在模型中不会显示该单元,即模型中就会出现缝隙,根据该缝隙出现的位置就可以判定玻璃平板在火灾场景中初始出现裂纹的位置。在确定了玻璃初始破裂的位置后,由于分析的平板玻璃的厚度不同以及对平板玻璃模型划分的网格的大小不同对玻璃的达到应力限度的影响不同;对于不同的玻璃厚度而言,当玻璃越厚,受热不均匀,当出现较多的被"杀死"的单元后,平板玻璃才会脱落;如果平板玻璃模型划分的网格越小时,同样的出现较多的"杀死"单元后,玻璃平板才会脱落。所以当玻璃的"杀死"单元占玻璃边缘被约束单元总面积的比例等于平板玻璃的厚度与平板玻璃模型的宽度的比值时后就判定玻璃已经破裂脱落,形成新的通风口,此时的时间即为玻璃的破裂时间。

  根据上述中对于平板玻璃耐火时间的确定方法,有研究对铝质耐火窗选用的玻璃厚度为6mm,平板玻璃模型的单元宽度为15mm,两者的比值为2/5,所以在实际的火灾场景分析中利用ANSYS功能,选择超出玻璃的抗压限度和抗拉限度的单元,用单元生死功能“杀死”这些单元,从而确定玻璃的耐火时间。