火灾下隧道衬砌结构温度场及耐火极限研究.pdf

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1、火灾下隧道衬砌结构温度场及耐火极限研究■陆晨凯毛小勇朱凯波朱文超孙筱玮金淇[摘要]隧道火灾具有升温迅速、持续时间长、火灾温度2.单元类型3.土体厚度对温度场的影响高的特点，极易造成隧道衬砌结构的爆裂和损伤，火灾下土体与混凝土都采用8节点六面体热分析单元土体厚度对衬砌内表面温度机会没有影响，土隧道衬砌结构的安全性日益引起了大家的重视。本文以城(DC3D8)，钢筋采用2节点桁架单元(DC1D2)。体外表面的温度受土体厚度影响也很小（变化幅度市隧道衬砌结构为对象，利用ABAQUS软件，建立了隧道衬3.网格划分小于10℃）。因此，在基于温度法则进行衬砌耐

2、火砌和周围岩体的三维有限元模型。考虑隧道可能的火灾场（1）单元形状极限分析时，可忽略土体厚度的影响。景以及衬砌结构周围环境介质的影响，计算了衬砌结构内土体与混凝土单元为六面体单元，钢筋单元为2四、衬砌耐火极限分析部的温度场。基于温度准则，研究了隧道衬砌结构的耐火节点单元（埋入混凝土中）。1.耐火极限温度准则极限。研究表明，在火灾作用下，衬砌内部温度由内向外（2）网格密度《建筑设计防火规范》规定：一、二类隧道采呈递减趋势，周围岩体温度较低。衬砌内表面温度主要受在衬砌结构厚度和土体厚度方向均划分5层单用RABT升温曲线，三类隧道采用HC（碳氢化合物）

3、衬砌厚度影响，周围岩体的影响很小。在衬砌厚度150～300元。升温曲线，四类隧道采用DZ标准（建筑构件9978mm、无耐火保护的情况下，基于温度准则的衬砌结构的耐三、衬砌温度场结果及分析标准）升温曲线。火极限介于4～7min之间。1.温度场分布规律隧道内承重结构体的耐火极限判断标准如下：衬砌温度场分布计算结果表明：随升温时间增（1）当采用HC标准升温曲线时：距离混凝土表[关键词]隧道衬砌温度场ABAQUS耐火极限加，衬砌结构温度场不断升高；温度分布呈现由内面25mm处钢筋温度达到250℃，或者混凝土表面温向外递减的趋势。隧道内表面温度在300mi

4、n时，已度达到380℃，判定为达到耐火极限。一、高温下材料的热工参数经大于1000℃。此时，外表面温度仅有25℃左右，（2）当采用RABT标准升温曲线时：距离混凝土1.混凝土的密度500℃的高温区（混凝土损伤区域）约占整个截面厚表面25mm处钢筋温度达到300℃，或者混凝土表面度的1/3左右。温度达到380℃，判定为达到耐火极限。2.衬砌厚度对温度场的影响日本按照类似承重墙的方法，确定了衬砌的耐2.混凝土的热传导系数随着衬砌厚度的增加，衬砌内部温度呈降低趋火极限，计算公式如下：采用Kodur等提出的混凝土的热传导系数公式，势，但衬砌内表面和土体外

5、表面温度受衬砌厚度的具体如下：影响很小。3.混凝土的比热容采用欧洲规范EC4给出的混凝土的比热容：式中:tfr为构件的耐火极限；c为热特性参数；d为裂化深度；CD为隔热特性系数；D为墙壁厚度；4.钢筋的密度a为火灾温度上升系数。钢筋的密度随温度变化不大，取定值2.耐火极限分析按照《建筑设计防火规范》温度准则确定的不。同参数衬砌耐火极限见表1。由表1可见，在无耐火5.钢筋的热传导系数图1衬砌内表面温度场保护的情况下，隧道衬砌结构的耐火极限基本介于采用Lie和M.Chabot给出的表达式：4～7min之间，土体厚度和衬砌厚度对耐火极限的影响不明显。主

6、要是因为隧道火灾升温模式下，靠近衬砌内表面升温十分迅速，表面温度很快达到二、有限元模型简介380℃，即衬砌达到耐火极限。因此，需加强对隧道1.模型参数衬砌结构的耐火保护。为研究土体厚度及衬砌厚度对温度场分布的影响，采用了两组模型：第一组（变化衬砌厚度）：土体厚度为500，衬砌厚度分别为150、200、250、300。第二组（变化土体厚度）：衬砌厚度为200，土图20.4倍衬砌厚度处温度场体厚度分别为200、300、400、500。表1衬砌耐火极限土体厚度500500500500200300400衬砌厚度150200250300200200200耐

7、火极限（min）4567555五、结语（3）衬砌厚度150～300mm，在无耐火保护的[2]周湘川.特长公路隧道现场火灾试验与衬砌结构通过本文的研究，结论如下：情况下，基于温度准则的衬砌结构的耐火极限介于抗火性能研究[D].长沙：中南大学，2011.（1）火灾作用下，衬砌内部温度由内向外呈递4～7min之间。注：基金项目，2014年江苏省大学生创新训练计减趋势，周围岩体温度较低。参考文献划重点项目。（2）衬砌内表面温度主要受衬砌厚度影响，周[1]安永林，杨高尚，彭立敏.隧道火灾浅谈[J].采（作者单位：苏州科技学院土木工程学院，苏州围岩体的影响很

8、小。矿技术，2006，6(1)：38-39.215011）264