油罐车火灾场景下斜拉桥钢索极限承载力有限元分析

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1、防火与防腐油罐车火灾场景下斜拉桥钢索极限承载力有限元分析宁波刘永军于保阳王光远（沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳１１０１６８）摘要：提出不同火灾场景对斜拉桥主要结构的影响，得出受火最危险的位置。研究大型油罐车火灾对斜拉桥结构的严重影响。利用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ对斜拉索进行数值模拟，得出钢索在油罐车火灾升温曲线下内部的温度场。通过截面简化，计算钢索受火的极限承载力和耐火时间。关键词：斜拉桥；钢索；油罐车；极限承载力ＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＵＬＴＩＭＡＴＥＢＥＡＲＩＮＧＣＡＰＡＣＩＴＹＯＦＣＡＢＬＥＳＦＯＲＡＣＡＢＬＥ－ＳＴＡＹＥＤＢＲＩ

2、ＤＧＥＵＮＤＥＲＴＡＮＫＥＲＦＩＲＥＮｉｎｇＢｏＬｉｕＹｏｎｇｊｕｎＹｕＢａｏｙａｎｇＷａｎｇＧｕａｎｇｙｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６８，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｒｅｓｃｅｎａｒｉｏｓｔｏｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄａｌｓｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｅｍｏｓｔｄａｎｇｅｒｏｕｓｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｃ

3、ｅｆｉｒｅｄｉｓａｓｔｅｒｏｃｃｕｒｒｅｄ．Ｉｔｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｉｒｅｄｉｓａｓｔｅｒｏｎｔｈｅｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｂｉｇｔａｎｋｔｒｕｃｋｓ．ＵｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｔｗａｓｄｏｎｅｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆｓｔｅｅｌｃａｂｌｅｓ，ｂｙｗｈｉｃｈｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｉｎｎｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆｓｔｅｅｌｃａｂｌｅｓｕｎｄｅ

4、ｒｔｈｅｆｉｒｅｄｉｓａｓｔｅｒｏｆｂｉｇｔａｎｋｔｒｕｃｋｓｗａｓｇａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｉｍｅｏｆｓｔｅｅｌｃａｂｌｅｓｕｎｄｅｒｆｉｒｅｗｅｒｅｃａｌｕｌａｔｅｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｅｅｌｃａｂｌｅｓ；ｔａｎｋｅｒ；ｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ１概述２斜拉桥火灾场景２１世纪以来，桥梁成为交通运输不可缺少的重２．１斜拉桥结构特点要通道，交通运输量的大幅度增高导致车辆火灾事斜拉桥的上部结构是由梁、索和塔三个主要

5、部故随之上升。对于大多数桥梁的火灾来说，车辆所分组成。斜拉桥的主要特点是利用由桥塔引出的斜引起的火灾占了绝大多数，其中包括大型货车，公共拉索作为主梁的弹性中间支承，借以降低主梁的截汽车和火车。其中，运输易燃易爆的车辆（如油罐面弯矩，减轻梁的自重，提高梁的跨越能力。其中斜车）一旦发生火灾，将对桥梁结构造成极大的威胁，拉索起着索塔与桥面主梁的联系与支承作用，是斜尤其是大型的斜拉桥，作为交通咽喉，火灾后，要在拉桥等大跨度结构中非常重要的受力构件，它承受一段时间内停止大型斜拉桥的使用，会造成巨大的了结构中的绝大部分载荷，因此是斜拉桥最重要的经济损失。另外，大型斜

6、拉桥受到严重的火灾之后，构件之一。当斜拉索遭到火灾意外破坏后，桥梁结会给修复带来极大的难度，有些严重的损伤甚至根构的应力将发生重分布，严重时会影响桥梁的承载本无法修复。力。为此，必须分析火灾导致斜拉索受到不同程度许多国家大跨径的斜拉桥都作为重要的交通枢的破坏后的斜拉桥承载能力的影响规律，为斜拉桥纽，例如日本的多多罗大桥、美国伊利诺斯州的克拉的应急快速抢修和健康监测提供理论依据。［１－４］克大桥以及佛罗里达州的阳光高架桥、中国的苏通国内的学者研究得出结论表明，不同拉索大桥、法国的诺曼底大桥、泰国的罗摩ＩＸ大桥。在断裂对斜拉桥动力性能有不同影响。由于斜拉桥跨

7、澳大利亚，有两座著名的斜拉桥一个是墨尔本的西中附近的斜拉索受力最大，因此靠近跨中位置斜拉门大桥，另一个是昆士兰州的ＥｌｅａｎｏｒＳｃｈｏｎｅｌｌ大第一作者：宁波，女，１９８７年出生，工学硕士。桥。所以，不同于通常意义上的短跨径桥梁，火灾对Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｎｊｚｎｎ＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：２０１１－０９－１０于大型桥梁的影响必须要引起足够的关注。６８钢结构２０１２年第２期第２７卷总第１５６期宁波，等：油罐车火灾场景下斜拉桥钢索极限承载力有限元分析索受破坏时对整个桥梁动力和承载性能影响较大，时爆发力特别大，１０ｍｉｎ火源区域顶部温度可达到通过对不同位置拉索

8、断裂的分析比较可知，背索和１０００℃以上，热量影响作用不断向火源区两侧下跨中拉索