隧道火灾高温下温度分布及其衬砌结构损伤研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文隧道火灾高温下温度分布及其衬砌结构损伤研究摘要隧道在运营使用过程中，不可避免地会发生事故甚至引起大型火灾。隧道火灾会产生浓烈的烟雾及高温，烟雾在极短时间内弥漫整个隧道影响逃生及救援，高温将导致火势增大甚至蔓延影响生命安全以及结构性能。对火灾场景模拟并对隧道衬砌混凝土损伤评价可为隧道防火消防提供参考和依据。本文通过试验研究、数值模拟及理论分析，对隧道火灾进行了系统的研究。主要内容包括：（1）火灾高温后隧道衬砌混凝土抗压强度的试验研究；（2）发生大中型火灾（HRR=30MW、50MW）时，不同纵向通风风速下隧道内烟气流的变化规律，隧道拱顶纵向

2、温度分布规律的数值模拟；（3）对火灾高温时隧道衬砌断面的温度场进行数值计算，评定火灾高温下衬砌混凝土的损伤深度。通过对上述三方面内容的研究，可以得出以下结论：(1)不同强度等级的混凝土（C10、C20、C30及C40）在经历高温后（100℃～700℃），其抗压强度均表现为降低趋势，在200℃～300℃混凝土强度增加甚至高于常温时。混凝土经历的最高温度越高，其质地越粗疏，裂纹裂隙越发育，抗压强度越低，并得到混凝土经历高温后的强度折减系数，可作为结构抗火设计参考。(2)利用FDS软件对纵向通风风速为0m/s、3m/s、4m/s及5m/s的30MW的中型隧道火灾及风速为0m

3、/s、4m/s、5m/s及6m/s的50MWI太原理工大学硕士研究生学位论文的大型隧道火灾进行模拟，得出：通风速度影响隧道内烟气流的流动及厚度变化，表现为当隧道发生火灾时，通风速度小于临界风速时，隧道内发生烟气流发生逆流现象，风速大于等于临界风速时逆流层消失，找到了30MW和50MW火灾的临界风速为4m/s及5m/s左右，并且通风速度增大，隧道下游烟气层厚度增加。(3)通风速度影响隧道内温度场的变化，无通风时隧道火源点的温度最高，通风速度增加，最高温度向火区下游移动。对于同规模火灾，风速增大，隧道内温度降低，风速越大，降低幅度越大，表明通风风速有利于控制隧道内火灾高温

4、。通过数值模拟得到隧道纵向拱顶温度分布，可为隧道衬结构砌断面温度场的模拟作为基础，为第四章模拟提供参照。(4)对隧道衬砌结构断面温度场进行数值计算，揭示衬砌内部温度随着距受火面距离的变化规律，并对二者关系进行拟合，拟合公式可为隧道衬砌在火灾下温度场的变化提供计算参考。关键词：隧道；火灾高温；混凝土；烟气流；温度场；衬砌结构II太原理工大学硕士研究生学位论文ASTUDYONTEMPERATUREDISTRIBUTIONOFTUNNELANDDAMAGEOFTHELININGSTRUCTUREUNDERHIGHTEMPERATUREOFFIREABSTRACTTunnel

5、swillhaveanoccurrenceofaccidentswhenitisprovidingservices,andsometimeseventhefiredisasterswillbecausedinthetunnels.Thetunnelfirewillbringaboutstrongscentofsmokeandhightemperature.Thesmoke,pervadingthewholetunnel,hasnegativeinfluenceontheactivitiesoffleeingforpeople’slivesandrescuingthel

6、ivesandproperty.Thefirewilldevelopfurtherandalsohaveanimpactonpeople’slivesandsafetyoftunnelstructure.Thesimulationoffiresceneandthedamageassessmentoftunnelliningconcreteafterhightemperatureoffirecanprovidethereferencesandbasisforthefireproofingtechnologyfortunnel.Thepaperhasasystematic

7、studyonthetunnelsfirebymeansoftheoreticalanalysis,numericalsimulationandexperimentalinvestigations.Themajorcontentofthepapercanbeconcludedasfollowed:(1)TheexperimentalstudyonthecompressionstrengthofcubeofIII太原理工大学硕士研究生学位论文tunnelliningconcretesamplesafterhightemperatureoffire.(2