预应力空心板梁火灾仿真分析与评估.pdf

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1、公路2014年1月第1期HIGHWAYJan．20t4No．1文章编号：0451—0712(2014)01-0035—09中图分类号：U445．75文献标识码：A预应力空心板梁火灾仿真分析与评估刘其伟，王成明。，罗文林。(1．东南大学交通学院南京市210096；2．上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司南京分公司南京市210016；3．东南大学建筑设计研究院交通分院南京市210096)摘要：以江苏省内某高速公路预应力空心板桥的突发性火灾为研究对象，阐述了火灾高温对混凝土、钢筋以及钢绞线力学指标的影响，总结了火灾现场温度的判定方法，提出了桥梁火灾仿真分析与评估的实施步骤。通过火灾燃烧物性质

2、分析，选择了EUROCODE烃类火灾升温曲线，论述了火灾下混凝土爆裂机理，在此基础上建立了空心板混凝土与内腔封闭孔洞内空气的流固耦合传热模型并进行火灾温度场有限元仿真分析。根据有限元计算结果，比较了火灾作用下底板混凝土爆裂对空心板温度场的影响，最后结合火灾后材料性能的变化对板梁火损状况进行综合评估，研究成果可供火灾桥梁的分析与评估参考。关键词：桥梁工程；预应力空心板梁；火灾温度场；苯乙烯；爆裂；仿真分析与评估预应力空心板桥因具有结构简单、受力明确、自1．2火灾背景重较轻、用材经济、施工方便快捷以及可大批量工厂2012年5月7日凌晨，桥位附近突发交通事故化集中预制等诸多优点而被广泛应用_

3、】]。该类桥梁导致一辆运输危险化学品车辆槽罐内的液态苯乙烯量大面广，是我国高速公路、城市道路以及地方道路大量泄露，并顺边沟流淌至桥下河流，后遇明火而急路网建设的主力桥型之一。速燃烧。虽经当地消防部门全力扑救，仍造成该桥笔者在江苏省内某高速公路桥梁定期检查过受到不同程度的烧伤和熏黑。据调查，火灾持续时程中发现，由于桥梁下方净空有限，大多数桥孔下间约30min。方堆积易燃的垃圾、柴草以及杂物等，这些易燃物火灾后经现场检测发现，该桥1号、2号孔板梁在高温干燥季节极易引发桥下火灾。与一般建筑底板、盖梁以及墩柱存在不同程度灼烧，致使多处混物火灾不同的是桥梁火灾具有受火面广、难以被凝土受火剥落，钢

4、筋、钢绞线裸露，支座橡胶受火碳及时发现和扑灭、受火持续时间长等显著特点，一化、龟裂及鼓泡等，如图1～图4所示。旦发生火灾将会严重危及桥梁结构的受力安全及耐久性。1桥梁概况及火灾背景1．1桥梁概况某桥为省内某高速公路主线桥梁，南北两幅双向8车道，上部结构采用3×13m预应力空心板，结构简支桥面连续，下部结构采用单排桩(柱)式墩及单排桩(柱)式桥台。该桥于1996年投入运营，设计荷载为汽一超2O级，挂一12O。后因交通流量增加，该桥于2005年在原桥两侧采用同跨径预应力空心图1板梁底板混凝土剥落、钢筋外露板进行拓宽改造，拓宽后的桥梁单幅全宽20．75rn，本文着重对位于核心受火区域、底板混

5、凝土存设计荷载为公路一I级。收稿日期：2013—03—082014年第1期刘其伟等：预应力空心板梁火灾仿真分析与评估dl醇765432弹性模量的降低对高温更为敏感，受火温度在式中：E(T)为T℃时钢筋弹性模量(∞MP∞a)；∞E∞∞∞300~C时弹性模量降低25；当温度达到500~C时，为常温下钢筋弹性模量(MPa)。弹性模量降低6O％；当受火温度高于600~C时，弹性2．3火灾高温下钢绞线力学性能模量几乎丧失殆尽，基本丧失抗压变形能力。因此，2．3．1火灾高温作用下对钢绞线强度的影响火灾后混凝土结构容易产生较大的残余变形。预应力钢绞线在经历高温作用后，其强度会发表3高温自然冷却后混凝

6、土弹性模量的折减系数生一定的变化。以空气冷却为例，钢绞线的极限强度在20℃～4OOoC范围内，随所经历温度的增加而温度／℃常温3OO4O05OO60070O800缓慢下降，400℃以后下降的速度明显加快，至折减系数1．0O0．750．460．39O．11O．050．03700℃时，极限强度下降到最低点，700℃以后，其极综上所述，在火灾高温作用下，混凝土强度损失限强度有一定的回升。和变形性能逐渐衰减和恶化，其原因如下：预应力钢绞线经历不同高温后极限强度值与正(1)各种水分蒸发，在混凝土内部形成了孔隙和常极限强度值的比值：200℃时为97．389／6；400℃时裂缝；为90．15；700

7、℃时为27．7O；900℃时为(2)粗骨料和其周围的水泥浆体热工性能不协47．29％。[]调，产生变形差和热应力；2．3．2火灾高温作用下对钢绞线弹性模量的影响(3)骨料本身的受热膨胀破裂，这些内部损伤的高温下预应力钢绞线弹性模量随温度的升高而发展和积累随温度升高而更趋严重。逐渐降低，其变化规律可采用式(3)描述]：2．2火灾高温下钢筋力学性能F2．2．1火灾高温作用下对钢筋强度的影响E(T)一弭享(3)普通低碳钢、低合金钢及冷加工钢筋随着温度