电力配电房在火灾下的有限元模拟分析

周 杰，于国军，姜世平，刘 浪，刘雅林

(江苏大学土木工程与力学学院，镇江，212013)

0 引言

电力配电房作为供电系统的关键部位，是极易发生火灾的场所。由于支撑设备的框架大部分是钢框架，而钢材的物理和力学性能在高温下都有显著的变化，当火灾发生时，会导致钢材的耐火性能较差。研究表明：当温度大于200 ℃，钢材的弹性模量等参数开始减小；当温度高至500 ℃时，钢材便呈现严重的塑性变形；当温度大于600 ℃，钢材就无法进行承载[1]。因配电房漏电、短路、超负荷运作等都可能导致火灾，由此可见，对于电力配电房的火灾研究已经迫在眉睫。

笔者对模型进行空间静力分析，运用ABAQUS有限元分析软件首先模拟电力配电房在基本荷载组合工况下最不利荷载及其位置，再重点研究了电力配电房在火灾工况下构件的温度场和钢框架结构的应力和挠度分布，并对比分析两类工况最不利荷载位置是否重合或接近，可为提高钢结构承载能力提供参考,有利于解决电力配电房防火设计问题。

1 几何模型

本文电力配电房的尺寸选自某一实际工程，采用的模型为一个单层多跨的钢框架结构，其平面图如图1所示；所选梁和柱的型号如表1所示；底框下层底板为2 mm厚钢板，底框上层防静电地板为35 mm厚；顶板为53.5 mm厚，墙板为53 mm厚，柱高为3.7 m。模型内布置有21台中压柜和7台辅助屏柜，中压柜每台800 kg，辅助屏柜每台400 kg。

图1 钢框架结构平面图(mm)Fig. 1 Plan view of steel frame structure (mm)

表1 梁、柱的型号规格尺寸表

2 ABAQUS静力模型分析

2.1 建模方法

运用ABAQUS有限元软件建立静力模型，柱与梁使用B31梁单元进行模拟，楼板为壳单元S4R，中压柜和辅助屏柜均采用实体单元DC3D8。……