火灾高温下地铁隧道衬砌的力学性能研究

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要地铁的出现有效解决了城市交通拥堵，逐渐成为了人们出行的首要选择。但是由于地铁交通客流量的骤然增大，而安全措施却没有同步提升。一旦发生火灾，高温会降低地铁衬砌结构的力学性能，从而导致结构发生不均匀变形，结构发生内力重分布，最后可能超过衬砌结构的承载极限能力，导致结构坍塌。随着地铁在中国的快速发展，如何能有效提高地铁衬砌结构的抗火性能和在火灾后快速精准的评估火灾高温对地铁衬砌体系的损伤程度成为了日后研究得主要方向之一。本文研究了火灾对地铁衬砌结构的损伤和探讨了适用于火灾后地铁衬砌结构检测评估方法。提出了从衬砌结构自身内部

2、材料属性出发提高抗火性能和从外部如何加强地铁衬砌结构的防火措施。具体研究内容包括：（1）研究了适用于地铁衬砌结构体系的火灾场景；（2）地铁衬砌结构在火灾下的截面温度场分布；（3）衬砌截面高温承载力的计算方法；本文通过文献调研，发现火灾高温后地铁衬砌管片会发生明显的变化。随温度升高，管片的物理力学性能劣化程度十分明显，地铁衬砌管片的承载力迅速降低。通过对已经发生的隧道火灾进行分析，对火灾的升温曲线、火灾的持续时间和最高温度给出了明确的定义，并且选取了适当的材料热工性能参数，从而合理地设计火灾场景。按实际情况的边界条件做出合理的假设，利用ABAQU

3、S软件模拟了火灾高温下衬砌管片截面的温度场分布。利用模拟所获得的温度场，代入到衬砌结构体系中，对高温下衬砌结构的承载力进行了数值模拟研究。本文采用条分法，将衬砌管片截面划分为若干相等部分，并将温度场数值代入，计算得出衬砌截面高温承载力并和ABAQUS模拟的常温下衬砌截面的承载力作对比，验算承载力是否满足安全要求。另外本文通过文献调研，提出了适用于火灾后地铁衬砌结构的评估方法和步骤。关键字：地铁隧道；截面温度场；衬砌管片高温承载力；损伤与评估II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractTheemergence

4、ofmetroeffectivelysolvetheurbantrafficcongestion.Thesubwayhasbecomethefirstchoiceoftravel.Becausethesubwaytrafficincreasessharply,butthesafetymeasuresisnotimproved.Intheeventoffire,hightemperaturewillreducethemechanicalpropertiesofthesubwayliningstructure,whichcanleadtouneve

5、ndeformationstructure,structuralinternalforceredistribution,andfinallymaymorethanload-bearingultimatecapacityofliningstructure,leadingtostructuralcollapse.WiththerapiddevelopmentofsubwayinChina,howtoimproveeffectivelythemetroliningstructureoffireresistanceandhightemperaturei

6、nrapidaccurateassessmentafterfiredamagedegreeoftheliningsubwaysystemhasbecomeoneofthemaindirectionofresearchinthefuture.Thispaperstudiesthemetroliningstructureinthefiredamageanddiscussestheapplicabletometroliningstructureafterfiredetectionevaluationmethods.Putforwardfromthel

7、iningstructurewithinthematerialpropertiestoimprovethefireresistanceandhowtostrengthenthefirepreventionofmetroliningstructureoutside.Specificresearchcontentsinclude:（1）Thefiresceneforthesubwayliningstructuresystem.（2）Theliningstructureunderthefireofthesectiontemperaturefieldd

8、istribution;（3）Thehightemperatureofliningsectionbearingcapacitycalculationm