火災高溫下加筋板極限強度及防護性能

船舶火災是最危險的船舶事故之一.作為典型船體承載構件，研究加筋板結構在火災高溫作用下的響應特性和失效特性，對船舶與海洋結構物性能評估和防火設計具有一定意義.

文獻[1-2]總結了加筋板結構的6類失效模式，并采用不同數值分析方法，比較了含初始缺陷加筋板結構在不同邊界和載荷條件下的極限強度.文獻[3]研究了非線性有限元數值分析中的模型范圍、網格密度、初始缺陷及邊界條件等，闡述了組合載荷下加筋板極限強度建模分析流程和基本原則.然而在艙室火災場景下，高溫會引起材料力學性能的變化，600 ℃時鋼材屈服強度僅為常溫的一半.基于高溫的影響，文獻[4-5]采用非線性有限元方法對加筋板和艙室甲板板架結構進行熱力響應分析，總結了防火材料對結構溫度和強度的防護效果.上述研究表明，以往針對船體加筋板失效模式和極限強度的研究工作以常溫條件為主，而高溫下結構的防護性能主要考慮對溫度和變形的影響.由于火災高溫環境下加筋板結構的研究尚不充分，所以本文圍繞加筋板的高溫失效及防護展開.

本文從結構耐火性角度出發，根據熱彈塑性有限元理論，考慮材料的高溫熱力學性能變化，基于名義升溫曲線，研究火災高溫環境下防火涂層對加筋板結構熱力響應和極限強度的防護性能，并分析不同涂敷位置對結構失效模式和高溫剩余強度的影響，為結構防火設計提供參考.

1 數值分析模型

本文加筋板數值模型根據國際船舶與海洋結構物大會(ISSC)極限強度分析中的基準模型建立，如圖1所示.加筋板四邊由縱桁和橫梁支承，橫梁間距=4 750 mm，縱骨間距=950 mm，縱桁間距=8 550 mm，板厚=18.5 mm，加強筋(縱骨)為T型材，腹板高235 mm，厚 10 mm，翼板寬 90 mm， 厚15 mm.加筋板采用四節點減縮積分單元，帶板寬度方向劃分10個單元，腹板高度方向劃分6個單元，翼板寬度方向劃分4個單元，為壓縮載荷.加筋板四周邊界簡支并保持變形均勻，設置邊界如下所示.

′-′ 以及′-′：==0，=0；耦合邊界各節點使方向上位移均勻.

在這一教學片斷中，教師對預設性留白處理得較好，給了學生時間思考函數積的求導法則，但是卻沒有對學生思考的結果進行即時反饋，仍按預設計劃完成了教學，沒能進行有效的生成性留白，這是值得商榷之處．雖然教材中對求導法則的證明不作要求，但是學生已經想到了“用定義來湊”，教師其實可以給學生更多機會表達自己的想法，引導其從定義出發嘗試推導兩個函數積的求導法則，或者也可以將用定義證明留作探究題讓學生回去思考，而不是回避．

′-′ 以及′-′：==0，=0；耦合邊界各節點使方向上位移均勻.

其中，、、分別為、、方向的角位移；、、分別為對應方向的線位移.

中學生的自控能力比較差，喜歡玩手機的學生，習慣了手機帶來的輕松愉悅的信息，對知識學習感到枯燥乏味、沒興趣，久而久之就失去了對知識的求知欲，產生厭學情緒，從而導致無心學習，成績一天比一天差。課堂內，老師正講得投入，少數同學在下面低頭玩手機，玩的不亦樂乎；寢室內，別的同學都休息了，少數同學手機屏幕閃亮，喋喋不休。整天沉迷于手機世界里的孩子，已經把大量的本該學習的時間和精力埋葬在手機里了，導致休息不好，來到教室就犯困，有個別同學干脆伏臺睡覺，從而學習效率低下，成績必然下降。

本文采用順序耦合方法，基于名義升溫曲線對加筋板結構施加溫度載荷，進行結構動態熱力響應分析，得到不同時刻加筋板的響應結果，進而對結構施加軸向(向)壓縮載荷，采用弧長法進行結構高溫剩余極限強度分析.

非線性有限元分析中，初始幾何缺陷對結構變形、失效及極限承載均有一定影響.如圖2所示，考慮3種類型的初始缺陷，即板的屈曲模態初始缺陷、加強筋的柱形扭轉初始缺陷及加強筋的側傾初始缺陷：

+1 080(1-0325e-0167-0675e-25)

(1)

=01,==0001 5

(2)

加筋板材料采用理想彈塑性模型.常溫條件下，材料彈性模量=205.8 GPa，泊松比=0.3，屈服強度=313.6 MPa.材料熱學參數及高溫熱力學性能變化采用歐洲規范Eurocode 3推薦值，如圖3所示，圖中為材料溫度；為折減因子.熱學參數中，由于735 ℃左右達到了材料的相變臨界點，所以組織轉變產生的附加熱效應使得材料比熱容在此溫度范圍產生躍變.

防火涂層能夠保護火災高溫環境中耐火性較差的鋼材結構.敷設涂料后，環境熱空氣與涂層表面通過對流和輻射傳熱的方式進行熱量交換，防火涂層內進行熱傳導.輕質防火涂層自身吸收儲熱可近似忽略，Δ時間內鋼結構溫升：

(3)

式中：為涂層熱傳導系數；為單位長度基材的防火涂料面積；為涂層厚度；為單位長度基材體積；為鋼材比熱容；為鋼材密度；g,為時刻環境溫度；s,為時刻鋼材溫度.

采用復合板殼單元對涂敷防火涂層的加筋板結構進行建模.復合板殼單元共有3層，中間層為被保護鋼材，其外層為防火涂層，每層在厚度方向均勻設置3個溫度積分點，相鄰層間邊界積分點溫度相同.為了模擬超薄型防火涂層，參考文獻[8]的試驗數據，取涂層厚度=1 mm，密度=450 kg/m，涂層比熱容=1 200 J/(kg·K)，等效熱傳導系數=0.03 W/(m·K).

2 防火涂層對加筋板結構動態熱力響應的影響

火災高溫環境下結構的響應是一個復雜的動態過程，由于力學響應結果對結構溫度分布影響較小，本文采用順序熱力耦合方法對加筋板結構依次進行熱學和力學響應分析.

天津振威展覽股份有限公司（以下簡稱“振威展覽”）于2017年6月開始申請公開發行股票上市，并于2018年5月22日再次更新招股書。招股書信息顯示，振威展覽此次擬公開發行不超過4903萬股，預計募集資金總額2.2億元，用于創新展會運營中心建設、網絡會展系統、信息化升級以及補充流動資金。

對于典型的烴類船舶和海洋結構物火災，歐洲規范Eurocode 3推薦結構周圍環境溫度名義升溫：

=

由學校或學校所屬資產經營公司投資成立具有酒店經營資質的有限責任公司（以下簡稱經營公司），學校作為酒店資產的出租方，將酒店出租給經營公司經營管理。學校與經營公司在股權上是投資與被投資的關系，存在實際的控制與被控制的關系；同時在酒店資產管理上又存在出租和承租的關系，但學校與經營公司是兩個獨立的法人主體，各自以出資額為限承擔法律責任。經營公司負責自主經營酒店，酒店日常所有收支由經營公司獨立核算，日常經營的過程中所形成的經營收益歸公司所有，經營公司以出資額為限承擔酒店的經營風險和各項法律責任。

在富有的家庭里瑪麗沒有找到自己的主體地位，那么離開家后的瑪麗徹底進入了社會的底層從而喪失了女性的尊嚴。“社會地位是社會分層的三個要素之一，其余兩個要素是財富與權力。認為社會地位是指他人對一個人或一個社會群體的尊崇與敬重。”（2000：197）沒有社會地位，財富和權力的瑪麗徹底失去自我，因為她“按常規進入了唯一而古老的父權支持女性的行當-賣淫”（1993：146），以維持自己所謂的權力斗爭。靠著迎合權貴男人，她自認為自己已經和男人們一樣獲取了社會的知識和經驗，卻不知道自己成為男人的玩物，與美德更是背道而馳。

(4)

式中：為初始環境溫度，常溫取20 ℃.

綜合上述分析，防火涂層能夠有效減緩結構升溫誘發的應力升高和撓度增加，從而顯著推遲結構失效時間.該加筋板在常溫下=2，屬中等柔性板，由于加強筋側為受熱側，溫升引起的材料強度和剛度折減削弱了加強筋承載能力，引起載荷重新分布.兩種情況下，結構的失效模式均為加筋板整體屈曲伴隨加強筋的側傾失效.

2.1 結構溫度響應

根據溫度響應結果，腹板和翼板溫度較高，依次選取帶板邊緣和中心節點1、2，腹板近帶板側和中心節點3、4，翼板中心和翼緣節點5、6，各節點溫度()變化如圖4所示.由于加強筋側與高溫環境進行對流和輻射換熱，加強筋(3～6)溫度顯著高于帶板(1、2)溫度加強筋腹板中心(4)溫度最高，因為翼板比腹板厚，其升溫速率較腹板偏低.

東亭的人們此時才發現，其實不光去東湖難，去博物館去美術館以及上東湖路，都不再容易。快速路把所有進出路口都封死，整條馬路只有東湖賓館出行方便。東湖賓館是貴地，以前毛主席喜歡住在這里。中央客人和省里官員也都喜歡住在這里。路是為他們修的。東亭滿街嘩然過后，便只有沉默。

無涂層加筋板整體升溫速率較快.<450 s時，加強筋溫度隨環境溫度的升高而快速上升；=450～650 s，加強筋升溫速率趨于平緩，并因熱量傳遞達到動態平衡而進入短暫的平臺期；>650 s，加強筋溫度繼續攀升但速率放緩，=1 200 s時與環境溫度相近.<1 200 s時，帶板溫度基本呈現穩步上升的趨勢.相比于無涂層情況，涂料防護下加筋板整體升溫速率顯著降低且基本保持恒定，前期僅為無涂層的1/2左右，后期升溫速率漸趨平緩.

基于用人單位評價的創新型人才培養策略研究 …………………………………………………………… 丘少慷 陳思敏（5/27）

2.2 結構應力與變形

將溫度載荷映射到加筋板結構，分析結構的應力和撓度變化，研究這兩種情形下結構的失效模式.無涂層情況下，根據應力云圖選取加筋板典型板格節點(～)和加強筋節點(、)，節點應力和變形如圖5所示，圖中為von Mises 應力.加強筋側的高溫環境使其應力水平明顯高于帶板.=70 s (=772 ℃)，加強筋基本進入屈服狀態，對應圖7中板的垂向撓度開始急劇增大；=130 s (=852 ℃)，板格節點發生屈服，標志加筋板發生整體屈曲；=183 s時，達到889 ℃，板格節點應力值均達到最大，加筋板結構已完全喪失承載能力.

如圖6所示，有涂層加筋板應力和變形規律與無涂層基本一致，但相應屈服和失效時間均存在明顯推延.加強筋在=160 s(=874 ℃)基本屈服，伴隨板中心的垂向撓度急劇增大(見圖7)，在=350 s(=967 ℃)時加筋板發生整體屈曲，并在=455 s (=1 001 ℃)時完全喪失承載能力.對比圖5可知，涂層作用使加筋板結構失效時間推遲了約 270 s.

根據圖7所示兩種情況下的側向撓度曲線，可知加強筋發生了側傾，且側傾撓度隨著溫度的升高而逐漸增大.=183 s(=889 ℃)時，無涂層加強筋的側傾撓度為 7.09 mm，側傾撓度系數(側傾撓度/腹板高度)達到0.03，而此時有涂層加強筋的側傾撓度系數為0.01，僅為無涂層的1/3.有涂層加筋板結構完全失效時的側傾撓度為7.15 mm， 與無涂層結構失效時相近.

基于該升溫曲線進行溫度加載，取高溫對流換熱系數=50 W/(m·K)，熱輻射率=0.24.考慮實際船舶艙室火災場景中的甲板結構，加筋板帶板側為常溫環境，而加強筋側為火災高溫環境.比較有、無涂層兩種情況，分析涂層對加筋板結構動態熱力響應的影響.

3 防火涂層對加筋板失效模式和極限強度的影響

3.1 涂層對結構高溫剩余強度的防護性能分析

圖10所示為有、無涂層結構極限承載對比.工況1～9對應的時間依次為=0,20,40,60,80,100,120,140,160 s，溫度依次為=20,451,648,743,793,823,844,860,874 ℃.可見，隨著結構升溫，加筋板的總承載能力因材料性能折減而緩慢降低，由于結構溫度升高，溫度應力顯著增大，致使剩余極限強度不斷降低.無涂層結構剩余強度的下降幅度遠大于有涂層情況，=140 s時，=860 ℃，無涂層結構幾乎完全失效，其剩余強度衰減至常溫下的3.4%；而涂層防護下的加筋板結構仍保有117 MPa剩余強度，約為常溫下的49.8%.因此，涂層對于高溫環境下結構剩余強度的防護作用非常明顯.

火災高溫環境會導致材料熱力學性能衰減，并且結構會在熱膨脹和邊界約束的共同作用下產生熱應力，從而降低結構承載能力，高溫剩余強度即結構在高溫應力與變形狀態下所能承受的最大增量載荷.分別選取不同時刻的熱力響應結果進行剩余強度計算，有、無涂層結構=60，100 s時刻的載荷-位移曲線如圖9所示.隨著環境溫度的上升，曲線峰值點(即對應剩余強度)降低，峰值點對應軸向應變左移.=60 s和=100 s時刻有涂層結構的剩余強度分別為無涂層的1.6倍和3.1倍左右，涂層極大地延緩了高溫剩余強度的折減.

RFID技術也叫射頻識別技術，主要是利用無線電訊號來感知監測對象，同時將監測數據記錄下來，適用于短距離的數據識別和傳輸。RFID技術主要包括軟件處理系統、閱讀器、應答器等3個部分，其具有抗污染能力強、耐久性高、掃描迅速等優點，且數據記憶容量較大，因而在物聯網中得到了廣泛的應用。其中，閱讀器能夠及時檢測到檢測目標發出的信號，然后利用天線將射頻信號散發出去，軟件系統接收到信號之后對其進行處理，同時將處理信息向閱讀器反饋，閱讀器接收到頻率信號后進行相應數據分析，從而實現信息控制。

基于熱彈塑性有限元，采用弧長法計算結構極限強度.為驗證加筋板數值模型極限強度計算方法的有效性，對結構施加軸向(向)載荷，計算結構的常溫極限強度，并與ISSC結果進行對比，如圖8所示，圖中av為縱向應變；av為縱向應力.由圖8可知，兩種情況下，數值模型計算所得的載荷-位移曲線與標定曲線吻合較好，極限強度基本一致.

3.2 涂敷位置對失效模式及剩余強度的影響分析

防火涂層能夠有效延緩極限強度降低，為進一步研究涂敷位置對結構失效模式和高溫剩余強度的影響，增加僅加強筋涂敷和僅帶板涂敷兩種情況，進行熱力響應和極限強度計算，并與前述兩種情況進行對比.不同涂敷位置包括：① 無涂料；② 僅加強筋涂敷；③ 僅帶板涂敷；④ 整體涂敷.

僅加強筋涂敷下，選取加筋板典型板格節點(、)和加強筋節點(、)如圖13所示，板格節點、先后屈服，意味著板在=130 s (=852 ℃)已基本進入屈服狀態.=155 s (=871 ℃)時加強筋節點逐步屈服，到=175 s (=884 ℃)，由變形云圖可知加強筋與附連帶板在跨中開始形成塑性鉸，加筋板結構完全失效.由于腹板高厚比較大，所以加筋板結構發生梁柱型失效并伴隨加強筋腹板的局部屈曲.

不同涂敷位置下，加筋板腹板溫度()變化如圖11所示.僅帶板涂敷下，腹板溫度變化趨勢與無涂層相近但數值上略高，這是由涂料防護下帶板的傳熱功能減弱所致.僅加強筋涂敷下，腹板因為有涂層防護，其溫度顯著降低，但裸露的帶板間接削弱了防護效果.

圖12所示為不同涂敷位置下結構中心處的屈服區域(紅色)對比.=160 s (=874 ℃)時，無涂料涂敷的屈服面積占比25.1%，與=445 s (= 1 001 ℃)時整體涂敷屈服面積相當.僅加強筋和僅帶板涂敷下的屈服面積分別占比17.9%和7.8%，前者屈服區域以板格為主，而后者屈服區域集中于加強筋腹板近帶板部分，與涂敷方式相對應.

本文以房地產交易量位居前列的10個城市為例，其中包括北京、上海、廣州、深圳4個一線大城市以及中西部地區有代表性的城市，如天津、重慶、武漢、成都、杭州和南京。通過表2可以看出，2015～2016年樣本城市商品房銷售額占全國的比重呈上升態勢，至2016年已達31.77%，2017年受調控政策影響比重稍有下降，但仍達到全國商品房銷售額的1／4以上，這說明大城市在全國房地產市場有著舉足輕重的地位。

僅帶板涂敷下，選取加筋板典型板格節點(～)和加強筋節點(、)如圖14所示，加強筋在=70 s (=772 ℃)基本屈服，與無涂層情況相似.=185 s (=890 ℃)后加強筋不再繼續承載.=300 s (=948 ℃)時，板格節點應力達到最大值，結合應力與變形云圖，加筋板進入極限狀態而整體失效.

針對不同涂敷位置計算加筋板縱向高溫剩余強度折減u/，u為縱向剩余強度，如圖15所示.整體涂敷和無涂料涂敷的剩余強度折減曲線為局部涂敷曲線的外包絡線，整體涂敷效果最佳，僅帶板涂敷次之.僅加強筋和僅帶板涂敷兩種情況均減緩了加筋板高溫剩余強度的折減，<60 s，兩者防護效果基本一致；>60 s，兩條曲線開始分離，僅帶板涂敷曲線向整體涂敷靠攏，而僅加強筋涂敷曲線卻快速向無涂料涂敷逼近.

這一現象主要由結構的受熱和失效過程決定.僅帶板涂敷下，雖然加強筋受高溫載荷而快速屈服，但后繼承載的板格由于涂層防護而提升了原有承載能力，且帶板側的常溫環境有助于結構散熱，從而有效延緩了剩余強度折減速率.而僅加強筋涂敷下，涂層的防護的確增強了受熱側的相對強度，但隨著板的率先屈服，加強筋繼續承受高溫載荷的能力較為有限.由此可見，局部涂敷會改變加筋板結構的承載過程和失效模式，對應結構防護性能與其受熱和失效特性相關， 因而研究結構的承載和失效過程也能夠進一步為涂層優化設計提供依據.

4 結論

本文根據熱彈塑性有限元理論，基于名義升溫曲線，同時考慮結構溫度應力和材料高溫性能變化的影響，研究比較了有、無涂層加筋板結構的動態熱力響應特性和失效特性，采用弧長法分析了涂層對結構極限強度的防護作用，并討論了涂敷位置對結構失效模式及高溫剩余強度的影響.結果表明：

(1) 防火涂層能夠顯著降低結構升溫速率，減緩應力升高和撓度增加.涂層不改變結構整體屈曲伴隨加強筋側傾的失效模式，而顯著推遲了結構失效時間.

(2) 無涂層結構剩余承載能力的降幅遠大于有涂層情況，升溫140 s時，有、無涂層結構剩余強度分別衰減至常溫的49.8%及3.4%，可見涂層對維持剩余承載能力有明顯效果.

(3) 局部涂敷位置會改變加筋板結構的升溫和承載過程，從而影響結構屈服區域和失效模式.僅帶板涂敷下，結構發生整體失效；僅加強筋涂敷下，結構發生梁柱型失效伴隨加強筋腹板的局部屈曲.

為了解決動態面板模型的內生性問題，本文采用系統GMM估計方法。面板數據GMM估計方法主要由差分估計法和系統GMM估計法構成，二者的不同之處在于差分估計法易導致弱工具變量問題的出現，而系統GMM估計法不僅可以彌補差分估計法的缺點，還可以增加工具變量的個數以解決模型的內生性問題。鑒于文章選取樣本有限，以及考慮到異方差和序列相關問題，決定采用兩步系統GMM估計法［17］。

患者確診后，予以三維適形放射治療，5次/周，1次/d，常規分割200 cGy/次，治療計劃總劑量為6200 cGy。治療期間，實施以下護理干預措施：

(4) 整體涂敷和無涂料涂敷的高溫剩余強度折減曲線為局部涂敷的外包絡線，整體涂敷防護效果最佳，僅帶板涂敷次之，而僅加強筋涂敷的防護能力較弱，局部涂敷對加筋板剩余強度的防護性能主要取決于結構的受熱和失效模式.

本文研究了防火涂層對典型船體加筋板結構熱力響應和高溫剩余強度的防護性能， 并對比分析了不同涂敷位置對結構失效模式和剩余承載能力的影響，相關研究方法和結論能夠為火災高溫下船舶結構性能評估和結構防火設計提供有效的分析手段.鑒于目前條件有限，后續將考慮高溫作用下加筋板結構極限強度的相關試驗研究，進一步豐富和發展結構安全性評估理論.