[发明专利]一种顶部含横梁的隧道火灾试验装置及试验方法

说明书

本发明提供的一种顶部含横梁的隧道火灾试验装置及试验方法，所述试验装置包括：支撑架和隧道模型，隧道模型为两端部敞开的长方体，隧道模型的底板固定在支撑架的上面板上，隧道模型的顶板上设有多个高度可调的横梁，且横梁沿隧道模型的纵向方向均匀布置；火源设置在隧道模型的底板中部；在横梁之间设置多个顶棚热电偶。本发明提供的隧道火灾试验装置，可用于研究含顶部横梁隧道火灾烟气扩散规律，同时通过试验装置和试验方法，研究得到的含顶部横梁隧道火灾烟气扩散的相关模型和方法，将为优化隧道火灾现场救援策略提供技术支持；可对隧道顶部的横梁、管道，内支撑框架，风门等一系列构筑物的位置和尺寸设计提供技术性指导。

技术领域

本发明涉及火灾试验技术领域，更具体地，涉及一种顶部含横梁的隧道火灾试验装置及试验方法。

背景技术

横梁指的是在上部结构中，沿建筑物横向设置并支承于主要承重构件上的梁。水平支撑梁、横隔梁、框架梁、连系梁都属于横梁的范畴。横梁广泛存在于公路隧道、地铁换乘隧道、建筑物走廊隧道等狭长隧道内。

隧道结构为狭长受限空间，外部由岩石、混凝土或土层包围，仅有两端两个出口。在火灾情况下，隧道火灾产生的有毒有害高温烟气在火羽流以及浮力的作用下迅速向隧道顶部扩散，高温烟气与隧道顶部对流换热后使得隧道结构的温度迅速上升，高温将对隧道结构的稳定性和完整性构成严重的威胁。热烟气由于受到空间限制在烟气到达隧道顶部之后迅速沿隧道纵向方向蔓延，并迅速填充整个隧道空间，造成隧道空间内能见度降低，有毒有害气体浓度增高，对于人员疏散和消防救援极为不利。

隧道火灾情况下，多采用纵向通风排烟、射流风机通风排烟、顶部排烟三种机械通风模式，通风量及风速对于能否有效的控制火灾烟气扩散、提高火场能见度、降低有毒有害气体浓度具有重要意义。基于上述特点，众多学者针对火源大小、隧道尺寸、隧道坡度、车辆阻塞比、通风模式、通风风速等特性参数，通过模型实验、数值模拟和全尺寸实验对隧道火灾顶棚最高温度、顶棚温度衰减规律、烟气蔓延规律、临界风速、烟气逆流长度等问题进行了大量研究。

但是，现有的隧道火灾试验装置及方法，未考虑隧道顶部结构对于火灾烟气扩散特性如最高顶棚温度、顶棚温度衰减规律、烟气层高度、临界风速、逆流长度等的影响；以及，现有的隧道火灾试验装置及方法无法对隧道顶部横梁、管道，内支撑框架，风门等一系列构筑物的位置和尺寸设计提供指导。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种顶部含横梁的隧道火灾试验装置及试验方法。

第一方面，本发明提供一种顶部含横梁的隧道火灾试验装置，包括：支撑架和隧道模型，所述隧道模型为两端部敞开的长方体；所述隧道模型的底板固定在所述支撑架的上面板上，所述隧道模型的顶板上设有多个高度可调的横梁，且所述横梁沿所述隧道模型的横向方向均匀布置；火源设置在所述隧道模型的底板的中部；在所述横梁之间设置多个顶棚热电偶。

其中，所述的隧道火灾试验装置，还包括：在所述隧道模型的端部敞口处设有纵向排烟风机；在所述隧道模型的顶板上设置至少一个射流风机；或者，在所述隧道模型的顶板上设置至少一个顶部排烟风机。

其中，所述的隧道火灾试验装置，还包括：在所述隧道模型的顶板与底板之间设置多个热电偶束，且所述热电偶束沿所述隧道模型的横向方向均匀布置；所述热电偶束包括多个热电偶，且所述热电偶均匀布置在所述热电偶束所在的截面上。

其中，所述的隧道火灾试验装置，还包括：设置在所述隧道模型的顶板下方的多个烟气分析仪，且所述烟气分析仪位于所述火源的下风向。

其中，所述的隧道火灾试验装置，还包括：设置在所述隧道模型的底板上的多个热流计，且所述热流计位于所述火源的下风向。

其中，所述的隧道火灾试验装置，还包括：设置在所述隧道模型的顶板与底板之间的多个风速仪组，且所述风速仪组沿所述隧道模型的纵向方向均匀布置；所述风速仪组包括多根风速仪，且所述风速仪均匀布置在所述风速仪组所在的截面上。