闵浦大桥双层钢结构抗火设计

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1、◎s一⋯一s闵浦大桥双层钢结构抗火设计吴青峰，邓青儿。，马螽。，楼国彪。(上海市公路管理处；上海市政工程设计研究总院。；同济大学土木工程学院。)摘要：$32申嘉湖高速公路上海闵浦大桥是一座跨越黄浦江的双层公路特大桥，主桥为主跨708II1的双层双索面双塔斜拉桥。大桥主跨采用板桁结合钢桁梁，为大型双层钢结构，如果下层发生车辆火灾，将对大桥钢结构安全形成威胁，提出了双层大桥特殊的抗火安全性问题。因此，闵浦大桥双层钢结构在火灾下的安全性评估与抗火设计就显得极其重要，介绍了闵浦大桥抗火研究与设计，相关结论可供国内类似大型钢结构借鉴。关键词：双层钢结构；抗火设计；安全评估1项目概况3

2、×63)m+708ITI+(3×63+66．25)m=：=1218．5m，上$32申嘉湖高速公路西起浙江上海市界，接浙江层为设计速度120km／h的8车道高速公路，下层为设申嘉杭高速公路，东至浦东国际机场南进场路，全长计速度60km／h的6车道城市道路，两层桥面之间的高约83．5km，在上海市闵行区跨越黄浦江。因为两岸差为9m，斜拉桥上、下桥面宽度分别为44m、28m。城市交通也有过江的需求，$32申嘉湖高速公路与斜拉桥主跨主梁为板桁结合钢桁梁，边跨主梁为城市道路在跨越黄浦江时形成共线，统称为闵浦大钢一混凝土复合桁架梁，主塔为钢筋混凝土结构，斜拉桥工程。索锚固于主梁横向两端

3、。闵浦大桥上层已于2009年闵浦大桥为一座双层公路特大桥，主桥为主跨年底通车，下层也即将通车。斜拉桥总体布置、主跨主708m的双层双索面双塔斜拉桥，跨径布置为(66．25+梁断面、建成后的实桥照片分别见图1、2、3。圭竖I1f，／／伪＼⋯、、＼＼＼＼＼⋯⋯＼、、、、⋯⋯／／⋯／／／／／／，／，，，J⋯＼＼4lJjI如9批．J．4IliI●。一I_l脯删I■一f：●I■图1主桥立面布置(m)175O53+4~575+)75=87523+4X375；075=1875o．5175J，捕黼埘r且{a1⋯⋯f“}～luul⋯T35／5．5cm05+3X35土+镯0．5=1125一A—

4、—O5+3~35+一02．5=、1150I5＼，／、fffflff¨{fi}ffi27图2主跨主梁断面(m)——收稿日期：2O1O—O2—08基金项目：上海市科学技术委员会科研项目(06211200I)22上冯么姥N。．12010s一⋯G—s◎图4火灾现场图3闵浦大桥实景2双层钢结构抗火问题的提出钢材虽为非燃烧材料。但在火灾下有两个致命的弱点：一是钢材导热系数大，火灾下无防护钢构件在火灾发生后1min，温度就有可能超过600℃；二是普通钢材的强度与弹性模量随温度升高而迅速降低，600o~-时钢材将丧失大部分的强度与刚度。因此，钢结构在火灾中极易受到损害。闵浦大桥承载了高速公

5、路与城市道路的双重交通功能，共计14个车道，是世界上跨径最大、车道数图5火灾之后的桥梁最多的双层公路斜拉桥，为重要的生命线工程。大事例二：2007年4月29口，连接美国旧金山与桥主跨采用钢桁梁，为大型双层钢结构，在有效实现奥克兰两大城市的高速公路上一辆汽油油罐车因弯交通功能的同时，也带来了双层公路大桥特有的抗路上超速行驶，一头撞上桥头堡并起火燃烧，大火导火问题。即如果下层车辆发生火灾，将对上层桥面钢致上层的旧金山地区最重要的跨海交通大动脉“湾结构及两侧钢杆件形成安全威胁。尤其值得注意的区大桥”的引桥钢梁熔化坍塌。由于这座桥每天通是，大桥西侧靠近上海吴泾化区，将可能有油罐过的

6、汽车数量至少有数十万辆．因此，交通受到严重车、危险化学品车辆通行。在主跨范围内的车辆火影响。这次火灾是下层油罐车失火，烧毁上层钢结灾虽然是小概率事件，但这种危险性是客观存在的。构桥梁，与闵浦大桥的双层钢结构情况非常相似，具因此，闵浦大桥双层钢结构在火灾下的安全性评估有较强的警示意义。火灾中坍塌及修复后的桥梁分与抗火设计就显得极其重要。别见图6、7。有意思的是，在闵浦大桥的设计与施工过程中，就发生了一些桥梁火灾，更加证明了闵浦大桥抗火的重要性．以下为两个事例。事例一：美国纽约市连接曼哈顿岛和皇后区的桥梁在在2005年l0月18日中午发生火灾，熊熊燃烧的火焰和浓密的黑烟在几公里

7、之外都能看到。纽约市消防局出动r100多名消防队员灭火。大火中断了大桥上下两层的全部交通。这座双层钢结构大桥正在进行维护工程，大桥的上部结构架着脚手架，覆盖着白色的防水油布，大火极可能是从J-层桥的脚手架和油布首先燃烧起来的。火灾现场见4、。图6火灾中坍塌的桥梁N。．12010上踢么咯23◎⋯⋯G—s标准如火灾升温曲线、参数化的火灾升温曲线均不适用。(3)室外敞开火灾下结构构件的升温计算。室外敞开火灾的烟气温度较低，火灾直接辐射对构件的传热不能忽略，而目前的结构防火设计中有关构件的升温计算公式并未考虑火灾直接辐射传