实验目的
实验原理
实验内容及步骤

中国矿业大学力学与土木工程学院开发的“建筑结构抗火虚拟仿真实验”,直接服务于《土木工程防灾与减灾》等专业课程实践教学。结合虚拟仿真技术,达到以下教学目的:

1)了解建筑火灾发展实验和结构抗火实验的主要设备及其功能;

2)了解建筑火灾从引燃、发展、蔓延到衰减的全过程,加深对于一般室内火灾与大空间火灾的差异性的理解与认识;

3)了解结构抗火试验方法;掌握建筑耐火等级与结构耐火极限要求,掌握结构构件耐火极限判定准则;了解典型混凝土结构与钢结构构件的受火破坏现象与特征;掌握混凝土结构及钢结构构件的抗火性能提升措施。

通过上述过程实验教学过程,学习掌握了课程知识点;通过实验探索过程,培养学生解决复杂问题的综合协作能力和高级思维,并且弘扬了社会主义核心价值观,促使学生自觉建立起对社会的一份责任感与担当意识。


本项目结构抗火实验包括钢筋混凝土板、混凝土梁以及钢结构承重墙抗火实验,其实验原理为:根据本科课程《混凝土结构设计基本原理》和《钢结构设计基本原理》,确定实验用的混凝土和钢结构试件的参数规格;根据国家规范GB/T9978 建筑构件耐火试验方法的规定,利用大型水平炉抗火实验系统进行混凝土板和梁抗火实验,利用大型垂直炉抗火实验系统进行钢结构承重墙抗火实验,获取混凝土及钢结构构件的受火破坏现象与特征,确定混凝土及钢结构实验构件的耐火极限,进而通过实验探索掌握混凝土结构及钢结构构件的抗火性能提升原理与措施。


本项目采用虚实结合的实验教学过程,通过线下课堂和线上微试验和MOOC资源的理论学习,掌握基本实验理论和知识点;通过手机端虚拟教具进行实验设备线上学习,并结合参观本校的城市地下空间火灾防护重点实验室以及工程结构火安全重点实验室加深理解;通过本虚拟仿真实验在网页端的学习模式,进行虚拟仿真实验线上学习与练习,结合手机端的APP程序进行线下学习与练习;通过命题式考核以及知识点考核,完成该课程的实验教学考核。校内学生通过身份认证即可登录进行虚拟仿真实验,校外用户需首先进行注册,注册成功后可登录进行虚拟仿真实验。

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在线课程理论学习

虚拟仿真实验网页端学习模式

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虚拟教具APP下载链接

手机端APP程序学习模式

本虚拟仿真项目的键盘操作指令如下:

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W键 或 方向键上

向前方移动

S键 或 方向键下

向后方移动

A键 或 方向键左

向左方移动

D键 或 方向键右

向右方移动

双击W键

向前方快速移动

当拾取构件,构件跟随鼠标移动时,双击鼠标左键

取消构件跟随鼠标

ESC键

暂停软件并打开退出选项

鼠标右键

按住鼠标右键向需要旋转的方向拖动进行视角旋转

鼠标左键

点击可互动物品使用各功能

结构抗火实验展现了结构构件在火灾环境下的作用效应,包含钢结构承重墙抗火实验、钢筋混凝土楼板抗火实验以及混凝土梁抗火实验。上述三项实验的交互性操作步骤类似,以钢结构承重墙抗火实验为例,包含“学习模式”、和“考核模式”。以学习模式为例,交互性操作步骤如下:

1实验认知与人员准备

学生进入实验大厅前,需在“更衣室”,完成“实验工装(防护服、安全帽、护目镜、口罩、手套、安全鞋)”的穿戴。进入“实验大厅”,点击左上角“我要做实验”,选择实验类型“墙体抗火试验”,阅读相关试验信息。选择“学习模式”,进行实验参数设置。通过知识点学习,对建筑结构抗火实验建立整体性认识。通过漫游功能可以在虚拟实验大厅行走,并通过点击大厅中虚拟设备的形式,了解抗火实验设备的相关功能。

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实验工作穿戴

实验信息阅读

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实验参数设置

虚拟实验大厅漫游

2实验模型制作与安装

“实验模型制作与安装”模块中,学习者根据所掌握的结构抗火设计基本原理,选定实验模型的基础参数,并且亲自动手完成实验模型的制作与安装全过程,从而加深对前期所学习的土木工程专业课程的认识。本模块中,学生利用鼠标对屏幕显示界面的实验材料进行拖拽或点击动作,进行实验模型的制作;通过控制屏幕显示界面的操作手柄,完成行车吊装作业以及抗火试验炉的行走等。

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钢龙骨拼装

自攻螺钉位置绘制 自攻螺钉安装

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钢龙骨骨架吊装

螺栓安装位置绘制 螺栓安装


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背火侧基层墙板安装

背火侧填充层安装 背火侧面层墙板安装 热电偶线安装

3)实验设备准备与控制

现实中的大型土木工程实验普遍都是由专业实验人员进行现场操作。利用虚拟仿真技术,可以使学生在实验设备准备与控制中,亲自操作大型抗火实验设备,加深其对建筑结构抗火试验的认识与理解。

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抗火试验炉移动与就位

脚手架安装 传感器与采集设备连接

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实验大厅地面引导提示

加载系统设置 抗火试验炉控制系统设置

4)抗火实验开启与停止

本模块中,点击“开始实验”,炉体点火,正式开启实验。实验过程中,可移动摄像机镜头,可切换炉内及炉外视角。本模块的突出特点是实时显示模型变形曲线及温度曲线,并且真实呈现了实验模型受火烟气释放、开裂、防火板脱落等重要的结构抗火实验现象。实验结束后点击“拆除”按键,可观察钢结构构件的受火屈曲模态。

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模型变形曲线及温度曲线实时呈现

试验中烟气释放 实验中防火板开裂

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实验中防火板脱落

实验停止前提示

钢结构受火屈曲模态

5)实验分析与总结

本模块中,点击“实验结果分析”,分析实验图像与结果曲线;点击“实验报告”,进入实验报告填写界面,完成知识点考核题目,填写实验记录,分析结果,提交报告。

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实验结果分析

实验报告填写


预习资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息类型 操作
1 预习 第一讲 建筑构件耐火试验方法 视频MP4 点击查看
2 预习 第一讲 建筑构件耐火试验方法 PPT PDF文件 点击查看
3 预习 第二讲 指尖探秘——钢结构承重墙耐火虚拟仿真实验 视频MP4 点击查看
4 预习 第二讲 指尖探秘——钢结构承重墙耐火虚拟仿真实验 PPT PDF文件 点击查看
5 预习 第三讲 钢筋混凝土梁抗火虚拟仿真实验 视频MP4 点击查看
6 预习 第三讲 钢筋混凝土梁抗火虚拟仿真实验PPT PDF文件 点击查看
7 预习 第四讲 钢筋混凝土楼板抗火虚拟仿真实验 视频MP4 点击查看
8 预习 第四讲 钢筋混凝土楼板抗火虚拟仿真实验PPT PDF文件 点击查看
9 预习 第五讲 建筑结构的强震-真实火灾耦合致灾实验 视频MP4 点击查看
10 预习 第五讲 建筑结构的强震-真实火灾耦合致灾实验PPT PDF文件 点击查看
11 预习 建筑结构抗火虚拟仿真实验操作手册 PDF文件 点击查看
12 预习 建筑结构抗火虚拟仿真实验教学设计 PDF文件 点击查看
13 预习 中国大学Mooc土木工程防灾与减灾在线课程 外部链接

操作资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息编号 资源信息类型 费用 收费有效期
1 操作 建筑结构抗火虚拟仿真实验 1 外部链接 0.00 0

实验交流

教学引导视频

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