冷映麗 薛淑勝 張 琳

（南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，210031，南京∥第一作者，工程師）

2003年韓國(guó)大邱地鐵火災(zāi)事故敲響了列車火災(zāi)安全的警鐘，各國(guó)競(jìng)相開展列車防火工作。歐美及日本等國(guó)在列車防火上處于領(lǐng)先，已建立了完整的列車防火標(biāo)準(zhǔn)體系（如英國(guó)的BS 6853、德國(guó)的DIN 5510、法國(guó)的NFF 16101等），將列車防火作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程進(jìn)行，包括材料選擇、結(jié)構(gòu)件耐火能力評(píng)估以及列車的防火設(shè)計(jì)等。結(jié)構(gòu)件耐火能力是評(píng)估列車耐火性能的一項(xiàng)重要試驗(yàn)。該試驗(yàn)借鑒建筑中的耐火試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升變化在結(jié)構(gòu)件的一面進(jìn)行加熱，以評(píng)估結(jié)構(gòu)件的完整性時(shí)間以及隔熱效果。通過這個(gè)試驗(yàn)的評(píng)估，可以得出有效的救援時(shí)間，并設(shè)計(jì)合理的救援方案。

1 列車防火標(biāo)準(zhǔn)及耐火試驗(yàn)

1.1 列車防火標(biāo)準(zhǔn)中的耐火試驗(yàn)

建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)分為水平耐火試驗(yàn)和垂直耐火試驗(yàn)兩部分。表1為使用較廣泛的列車防火標(biāo)準(zhǔn)中提出的結(jié)構(gòu)件耐火要求。法國(guó)和德國(guó)暫未提出該項(xiàng)試驗(yàn)要求。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)中的結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)［1－4］

1.2 耐火試驗(yàn)原理

各試驗(yàn)的測(cè)試原理相同，且均分為水平耐火試驗(yàn)（見圖1）和垂直耐火試驗(yàn)（見圖2）兩類。水平耐火試驗(yàn)使用于水平結(jié)構(gòu)件，如底架；垂直耐火試驗(yàn)使用于垂直結(jié)構(gòu)件，如隔墻。試驗(yàn)時(shí)，將樣件安裝在試驗(yàn)爐上，在受火面升溫；其溫度變化模擬發(fā)生火災(zāi)時(shí)的溫度變化，由熱電偶獲得背火面的溫度變化；通過棉花墊等工具及觀察判斷樣件是否被破壞。

圖1 水平耐火試驗(yàn)原理圖

圖2 垂直耐火試驗(yàn)原理圖

1.3 試驗(yàn)方法比較

從表1中可以看出，結(jié)構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法采用了BS 4766－20、ASTM E 119－00a和ISO 834三種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)系列：①以ISO 834為代表，如英國(guó)（BS 476－20）、中國(guó)（GB 9978）以及歐洲標(biāo)準(zhǔn)等，其溫升條件以及判斷依據(jù)都相同；②以ASTM E 119－00a為代表，如美國(guó)（NFPA 251）、加拿大等，其溫升條件和判斷依據(jù)與ISO 834不同。本文分別介紹兩種方法在溫升條件和判斷依據(jù)上的差別。

1.3.1 溫升條件

ISO 834標(biāo)準(zhǔn)中溫度與時(shí)間的關(guān)系式［5］為：

式中：

T——爐子的平均溫度，℃；

t——時(shí)間，min。

該溫度變化未考慮著火環(huán)境的幾何參數(shù)和熱工參數(shù)等因素［6］，與實(shí)際火災(zāi)溫升存在一定的差別；但該溫升條件簡(jiǎn)單，對(duì)溫升爐控制要求簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)。

ASTM E 119－00a標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)下式進(jìn)行溫升［7］：

該公式較為復(fù)雜，溫升爐控制也更復(fù)雜。圖3分別為根據(jù)式（1）和式（2）得到的60min內(nèi)溫升曲線。前6min內(nèi)，2條溫升曲線存在較大溫差；6min后，考慮允許誤差，可認(rèn)為根據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所得的溫升幾乎相同。國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)室，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下采用的試驗(yàn)爐為同一個(gè)，僅對(duì)溫升變化進(jìn)行微調(diào)。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線

1.3.2 失效判斷

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，樣件的耐火性能均根據(jù)完整性、隔熱性兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行判斷。兩類測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)判斷方式的差異如表2所示。

表2 ISO 834－1和ASTME 119－00a的失效判斷

2 國(guó)內(nèi)項(xiàng)目試驗(yàn)內(nèi)容

國(guó)內(nèi)的列車項(xiàng)目中，多根據(jù)BS 6853的要求對(duì)列車地板和司機(jī)室后隔墻進(jìn)行耐火試驗(yàn)?，F(xiàn)結(jié)合已經(jīng)開展了的耐火試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 列車地板耐火試驗(yàn)

圖4和圖5為國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目列車的地板樣件水平耐火試驗(yàn)。從圖4中可以看出，經(jīng)過60min的升溫后，地板樣件無(wú)裂縫、無(wú)明火、無(wú)熱氣現(xiàn)象，試樣結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化，僅地板布多處鼓起氣泡。圖5為背火面的溫升曲線，樣件經(jīng)過60min后的最高溫度為144℃（乙型梁位置處），平均溫度為130℃。

圖4 60min后樣件圖

圖5 背火面溫升曲線

2.2 司機(jī)室隔門耐火試驗(yàn)

在某項(xiàng)目試驗(yàn)過程中，隔門為司機(jī)室后隔墻結(jié)構(gòu)中耐火性能最弱區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行耐火試驗(yàn)?zāi)芊从掣魤Φ恼w耐火性能。試驗(yàn)樣件包括門框、門板、門鎖、鉸鏈等反映隔門結(jié)構(gòu)的部件。試驗(yàn)根據(jù)BS 476－20進(jìn)行。在21min內(nèi)，隨著溫度升高，從門縫中釋放出部分煙霧，膨脹膠條受熱膨脹使門縫被填滿，將煙霧和火焰封堵，有效阻止了火焰的蔓延。經(jīng)過21 min溫升作用后，樣件背火面結(jié)構(gòu)完整（見圖6）。

3 列車結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)和設(shè)計(jì)建議

我國(guó)的許多列車項(xiàng)目中，對(duì)列車結(jié)構(gòu)提出了耐火試驗(yàn)要求，在列車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮列車耐火性能。針對(duì)耐火試驗(yàn)中遇到的問題，現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)件防火設(shè)計(jì)提出以下建議：

圖6 21min時(shí)隔門試驗(yàn)照片

（1）列車結(jié)構(gòu)中的受火面為與可能存在火源區(qū)域直接接觸的面，背火面為與需要保護(hù)區(qū)域接觸的面。若結(jié)構(gòu)件的兩面都可能存在火源時(shí)，采用耐火性能較弱的一面進(jìn)行試驗(yàn)，或兩面均作為受火面分別進(jìn)行耐火試驗(yàn)。

（2）在耐火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選用的受火面材料應(yīng)能承受800℃左右的高溫，如不銹鋼或耐火涂料等。

（3）盡量采用三明治結(jié)構(gòu)，加入隔熱層，降低結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)率，以滿足結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)中的隔熱要求。

（4）含門的垂直隔板耐火設(shè)計(jì)中，最容易被破壞的上門框是防火設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

（5）合理采用膨脹封堵防火技術(shù)。在選擇膨脹封堵材料時(shí)，應(yīng)盡量選擇膨脹溫度點(diǎn)低且膨脹倍數(shù)相匹配的材料，以及受熱時(shí)煙釋放量少、阻燃或不燃、對(duì)人體無(wú)害的材料。

［1］ BS 6853 Code of practice for fire precautions in the design and construction of passenger carrying trains［S］.1999.

［2］ UIC 564－2Regulations relating to fire protection and firefighting measures in passenger carrying railway vehicles or assimilated used on international services，［S］.1991.

［3］ prEN45545－3Railway applications－Fire protection on railway vehicles part3：Fire resistance requirements for fire barriers［S］.2010.

［4］ NFPA 130Standard for fixed guide way transit and passenger rail systems［S］.2000.

［5］ ISO 834－1Fire－resistance tests－Elements of building construction－part 1：General requirements［S］.1999.

［6］ Wong M B，Ghojel，Crozier.Temperature－time analysis for steel Structures under fire conditions［J］.Int J Struct Eng Mech，1998，6（3）：275.

［7］ ASTME 119－00aStandard test methods for fire tests of building construction and materials［S］.1987.

［8］ 孫末囡.歐洲軌道車輛材料防火標(biāo)準(zhǔn)及其啟示［J］.城市軌道交通研究，2010（4）：79.