高速公路隧道火灾温度场分布规律及安全性研究

发布时间：2017-07-20 09:07

  本文关键词：高速公路隧道火灾温度场分布规律及安全性研究

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【摘要】：随着我国经济的发展以及人们生活水平的提高,我国公路交通量不断增大,公路隧道被使用的频率不断增多,隧道内发生交通事故后引发火灾的案例也越来越多。公路隧道发生火灾容易导致衬砌结构发生损毁,出现爆裂、掉块、强度降低等情况,给人们的生命财产造成了很大的威胁,人们开始关注火灾后衬砌结构的损伤特征及安全性评价,并开展了一系列的研究。为了研究公路隧道发生火灾时,衬砌及围岩温度分布规律,分析火灾对隧道衬砌结构的损伤情况,掌握火灾各因素对于灾后隧道衬砌结构稳定性的影响,本文以独平高速公路独山至平塘段隧道工程为依托,对高速公路隧道衬砌火灾温度场及整体安全性展开了研究,主要研究内容有：1.基于现场测试,获得火灾模式下隧道衬砌及围岩内的温度分布规律,并将实验结果与数值模拟结果相比较,验证数值模拟的正确性。同时,基于直梁室内试验,进一步了解和掌握火灾高温下混凝土及衬砌结构内部的温度和内力变化过程,为进一步验证数值模型方法提供基础数据。2.基于数值模拟,研究不同火灾规模、不同火灾时间、不同防火涂料厚度下隧道衬砌及围岩内的温度分布规律。3.基于现场测试,获得火灾模式下隧道衬砌结构局部损伤情况,研究了衬砌结构力学性能、损伤范围、损伤深度情况。4.基于数值模拟,研究不同火灾规模、不同火灾时间、不同防火涂料厚度下隧道衬砌结构内力及安全性。
【关键词】：隧道火灾 衬砌结构 温度分布 局部损伤 结构安全性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U458
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 引言12-13
• 1.2 研究背景13-14
• 1.3 研究现状14-18
• 1.3.1 隧道火灾研究现状14-15
• 1.3.2 火灾模式下隧道衬砌材料性能研究15-17
• 1.3.3 火灾模式下隧道衬砌结构力学行为研究17-18
• 1.4 研究内容18-19
• 第2章 研究方法19-44
• 2.1 现场实验方案设计19-27
• 2.1.1 火灾场景设计19-22
• 2.1.2 温度场测试方案22-23
• 2.1.3 衬砌结构局部损伤测试方案23-26
• 2.1.4 防火涂料工艺26-27
• 2.2 室内直梁实验方案设计27-31
• 2.2.1 火源选择及设计27-28
• 2.2.2 直梁试件设计28-30
• 2.2.3 燃烧室设计30
• 2.2.4 温度场测试方案30-31
• 2.2.5 结构内力测试方案31
• 2.3 数值模拟方法31-35
• 2.3.1 热力耦合模型的建立31-32
• 2.3.2 材料参数的选取32-34
• 2.3.3 火灾温度边界及持续时间设定34-35
• 2.4 数值模拟与现场实验对比研究35-36
• 2.5 数值模拟与直梁实验对比研究36-44
• 2.5.1 温度场数值模拟结果与试验结果的对比验证38-43
• 2.5.2 内力数值模拟结果与试验结果的对比验证43-44
• 第3章 高速公路隧道火灾模式下衬砌和围岩温度场研究44-74
• 3.1 现场实验结果分析44-50
• 3.1.1 同一断面不同测点的温度分布结果及分析44-45
• 3.1.2 同一截面位置不同深度的温度分布结果及分析45-47
• 3.1.3 衬砌内表面温度分布结果及分析47-50
• 3.2 火灾规模对隧道衬砌结构温度场的影响50-56
• 3.2.1 火灾规模为2.5MW时的衬砌温度场分析51-52
• 3.2.2 火灾规模为10MW时的衬砌温度场分析52-53
• 3.2.3 火灾规模为20-30MW时的衬砌温度场分析53-54
• 3.2.4 火灾规模为100-120MW时的衬砌温度场分析54-56
• 3.3 火灾时间对衬砌温度场分布的影响研究56-62
• 3.3.1 火灾时间为4h时的衬砌温度场分析56-58
• 3.3.2 火灾时间为6h时的衬砌温度场分析58-59
• 3.3.3 火灾时间为12h时的衬砌温度场及围岩温度场分析59-62
• 3.4 防火涂料对火灾衬砌温度场变化规律的影响研究62-72
• 3.4.1 现场实验结果分析62-65
• 3.4.2 有、无防火涂料侧温度场对比分析65-68
• 3.4.3 防火涂料厚度对衬砌温度的影响68-72
• 3.5 小结72-74
• 第4章 高速公路隧道衬砌结构局部损伤研究74-85
• 4.1 火灾对隧道衬砌力学性能的影响研究74-76
• 4.2 火灾情况下隧道衬砌结构的损伤范围研究76-78
• 4.2.1 隧道衬砌内表面表观测试76-78
• 4.2.2 隧道衬砌回弹值测试78
• 4.3 火灾情况下隧道衬砌结构的损伤深度研究78-79
• 4.4 有防火涂料时隧道衬砌的力学性能及损伤情况研究79-84
• 4.4.1 有防火涂料时火灾对衬砌力学性能的影响研究79-80
• 4.4.2 有防火涂料时隧道衬砌损伤范围研究80-82
• 4.4.3 有防火涂料时隧道衬砌损伤深度研究82-84
• 4.5 小结84-85
• 第5章 火灾模式下衬砌结构内力及整体安全性研究85-112
• 5.1 火灾工况下围岩级别对衬砌结构内力及安全性的影响85-91
• 5.1.1 Ⅲ级围岩下受火衬砌的结构内力及安全性分析86-88
• 5.1.2 Ⅳ级围岩下受火衬砌的结构内力及安全性分析88-89
• 5.1.3 Ⅴ级围岩下受火衬砌的结构内力及安全性分析89-91
• 5.2 不同火灾规模对衬砌整体内力及安全性影响91-98
• 5.2.1 火灾规模为2.5MW时的衬砌结构内力及安全性分析91-93
• 5.2.2 火灾规模为10MW时的衬砌结构内力及安全性分析93-94
• 5.2.3 火灾规模为20-30MW时的衬砌结构内力及安全性分析94-96
• 5.2.4 火灾规模为100-120MW时的衬砌结构内力及安全性分析96-98
• 5.3 火灾持续时间对衬砌内力及安全性的影响98-104
• 5.3.1 火灾时间为2h时的衬砌内力及安全性分析98-100
• 5.3.2 火灾时间为4h时的衬砌内力及安全性分析100-101
• 5.3.3 火灾时间为6h时的衬砌内力及安全性分析101-102
• 5.3.4 火灾时间为12h时的衬砌内力及安全性分析102-104
• 5.4 防火涂料厚度对衬砌内力及安全性的影响104-111
• 5.4.1 防火涂料厚度为12mm时的衬砌结构内力及安全性分析105-106
• 5.4.2 防火涂料厚度为8mm时的衬砌结构内力及安全性分析106-107
• 5.4.3 防火涂料厚度为4mm时的衬砌结构内力及安全性分析107-109
• 5.4.4 无防火涂料时的衬砌结构内力及安全性分析109-111
• 5.5 小结111-112
• 结论及展望112-115
• 结论112-113
• 展望113-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-120
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目120

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