隧道襯砌結(jié)構(gòu)火災(zāi)高溫力學(xué)行為及耐火方法研究.pdf

1、襯砌結(jié)構(gòu)防火是隧道防火的一個(gè)重要組成部分。國內(nèi)外發(fā)生的大量隧道火災(zāi)案例都顯示了火災(zāi)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?fù)p害以及襯砌結(jié)構(gòu)防火的重要性。隨著越來越多隧道的修建，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全的評(píng)價(jià)以及如何提高襯砌結(jié)構(gòu)的火災(zāi)安全性成為了一個(gè)重要的問題。 本文從材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)體系三個(gè)層次對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)特性、耐火能力及薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容包括：1)用于隧道襯砌結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的火災(zāi)場(chǎng)景及設(shè)計(jì)方法；2)鋼筋混凝土、鋼纖維混

2、凝土襯砌管片火災(zāi)高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)行為：3)鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土襯砌接頭火災(zāi)高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)行為；4)隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系(包括鋼筋混凝土管片環(huán)及鋼纖維混凝土管片環(huán))火災(zāi)高溫時(shí)(高溫后)的力學(xué)行為；5)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的耐火方法。 通過火災(zāi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法，本文取得了較為豐富的研究成果：1)建立了較全面反映隧道火災(zāi)特點(diǎn)和影響因素的完整火災(zāi)場(chǎng)景(包括溫度-時(shí)間曲線、溫度橫向分布及溫度縱向分布)及其設(shè)計(jì)方法；2)

3、給出了隧道襯砌結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的理論計(jì)算方法，并在考慮隧道火災(zāi)特點(diǎn)、襯砌結(jié)構(gòu)熱邊界、混凝土高溫爆裂的條件下，研究了襯砌結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的傳播分布規(guī)律；3)給出了鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土管片在不同溫度一荷載工況下的火災(zāi)損傷、變形性能及承載力。研究表明，火災(zāi)高溫時(shí)，由于截面上的不均勻溫度分布以及材料性能的不均勻劣化，管片承載力降低，管片變形、內(nèi)力狀態(tài)均發(fā)生明顯變化；4)給出了鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土接頭火災(zāi)高溫時(shí)(高溫后)的破壞模式、變形性能(張角、張

4、丌量的變化)及接頭剛度的變化。研究表明，火災(zāi)高溫下，襯砌接頭根據(jù)接頭類型、受載狀況的不同，表現(xiàn)出不同的破壞模式。同時(shí)，由于火災(zāi)高溫的作用，接頭張角、張丌量明顯增加，接頭剛度顯著降低；5)給出了接頭臨界偏心距的概念、計(jì)算方法及變化規(guī)律；6)研究了隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系火災(zāi)高溫時(shí)(高溫后)的破壞模式、變形性能、承載力及火災(zāi)過程中的內(nèi)力重分布。研究表明，根據(jù)襯砌環(huán)構(gòu)成方式、荷載模式、約束條件及受火環(huán)境等的不同，襯砌環(huán)表現(xiàn)出不同的破壞模式。同時(shí)，由于

5、火災(zāi)高溫的作用，襯砌環(huán)承載力明顯降低，并產(chǎn)生了較大的殘余變形。此外，由于襯砌環(huán)的不均勻熱變形和材料性能劣化，襯砌壞各部分間產(chǎn)生了激烈的荷載轉(zhuǎn)移和內(nèi)力重分布，并使得常溫區(qū)未受火襯砌截面承受的荷載增加，安全系數(shù)降低；7)研究了隧道襯砌結(jié)構(gòu)的火災(zāi)損傷形式及機(jī)理，并對(duì)表面隔熱防護(hù)、水噴淋(霧)降溫、混凝土抗爆裂等襯砌結(jié)構(gòu)的耐火方法進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)和試驗(yàn)驗(yàn)證。基于試驗(yàn)成果，提出了一種抗爆裂復(fù)合耐火管片；8)基于性能化防火的思想，初步建立了隧道襯砌結(jié)