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火灾高温下盾构隧道管片接头损伤研究

发布时间:2017-07-31 13:00

  本文关键词:火灾高温下盾构隧道管片接头损伤研究


  更多相关文章: 盾构隧道 管片接头 火灾高温 温度场 损伤变形 接头防水


【摘要】:随着我国大中型城市轨道交通和城市地下道路建造的兴起,盾构法隧道建造也越来越得到广泛的运用。管片接头作为盾构隧道结构体系中薄弱点,在火灾高温条件下性能劣化,导致接头过大变形,影响到隧道结构安全性,进而可能引发严重的隧道灾害。本文采用原型大直径盾构隧道管片,就火灾大小、持续时间等不同火灾场景,进行了火灾高温下管片接头试验研究和数值模拟。从管片及接头混凝土、接头螺栓、接头橡胶条等三个方面,研究了接头在火灾高温下的性能,取得了如下成果:(1)从管片混凝土颜色、爆裂、裂缝、渗水等方面,分析了火灾高温下管片损伤表观现象损伤变化特征,得到管片临界爆裂温度为520℃~540℃,集中爆裂持续约25-35mmin,不同工况下管片最大爆裂深度;以及管片裂缝发展、管片渗水随受火时间变化情况。(2)火灾高温下管片及管片接头温度场分布规律。管片混凝土升温主要集中在距离受火面20cm范围以内,提出沿管片厚度方向管片混凝土最高温分布公式;螺栓升温缓慢,最高温度在100℃左右;内侧橡胶条温度最高可达250℃以上,而外侧橡胶条温度在50℃以内。(3)管片接头变形(张开量、张开角)以及接头刚度随受火时间的变化特征。各工况试验可知火灾温度高、受火时间长,接头张开也就更大、相应而言接头刚度下降则会更快,在120mmin时认为接头刚度为O。(4)建立管片接头热力耦合有限元模型,对不同工况下进行通数值模拟。通过有限元数值计算与接头试验对比,得出有限元分析可靠,计算结果与试验工况基本一致。(5)提出火灾后接头损伤评定标准,为我国建立隧道防火相关规范提供参考。评定标准分为四个等级:Ⅱa级—轻微损伤、Ⅱb级—轻度损伤、Ⅲ级—中度损伤、Ⅳ级—破坏。(6)得到橡胶条耐水压与温度和张开量关系,提出火灾下接头防水评价。结合设计要求耐水压值,得到防水失效时间。当橡胶条张开量达到8mm或者橡胶条温度达到200℃,认为橡胶条耐水压值为0。(7)提出施加二次衬砌的盾构隧道防火保护措施。通过接头试验和高温下橡胶条防水分析,得出施加二次衬砌可有效地保证管片衬砌接头的安全性。
【关键词】:盾构隧道 管片接头 火灾高温 温度场 损伤变形 接头防水
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U455.43
【目录】:
  • 致谢5-6
  • 摘要6-7
  • ABSTRACT7-12
  • 1 引言12-22
  • 1.1 研究背景12-14
  • 1.2 国内外研究现状14-18
  • 1.2.1 隧道火灾研究14-15
  • 1.2.2 火灾高温下钢筋混凝土材料研究15-17
  • 1.2.3 火灾高温下隧道衬砌研究17-18
  • 1.3 研究目的、内容和技术路线18-20
  • 1.4 本文创新点20-22
  • 2 隧道火灾场景设计22-28
  • 2.1 火灾场景特点22-25
  • 2.1.1 典型火灾升温曲线22-24
  • 2.1.2 各种典型火灾升温曲线特点24-25
  • 2.2 试验火灾场景确定25
  • 2.3 试验火灾升温曲线25-28
  • 3 火灾高温下管片接头试验方案28-40
  • 3.1 试验管片概况28-30
  • 3.2 试验系统30-36
  • 3.3 测点布置和测量方法36-37
  • 3.4 试验工况37-38
  • 3.5 本章小结38-40
  • 4 火灾高温下管片接头损伤试验研究40-70
  • 4.1 火灾高温下表观现象40-46
  • 4.1.1 管片混凝土爆裂、崩落40-43
  • 4.1.2 管片混凝土开裂裂缝43-45
  • 4.1.3 管片表面渗水45-46
  • 4.2 火灾高温下温度分布规律46-59
  • 4.2.1 管片温度分布规律研究与分析47-57
  • 4.2.2 接头螺栓温度变化研究57-58
  • 4.2.3 接头橡胶条温度变化研究58-59
  • 4.3 火灾高温下管片接头张开量和张开角变化59-62
  • 4.4 火灾条件下管片接头刚度变化62-63
  • 4.5 高温下螺栓力学性能试验研究63-67
  • 4.6 本章小结67-70
  • 5 火灾高温下管片接头数值模拟分析70-90
  • 5.1 ANSYS有限元热分析70-71
  • 5.1.1 热力耦合原理和方法70-71
  • 5.1.2 基本假设71
  • 5.2 高温下材料性能参数选取71-78
  • 5.2.1 混凝土热工和力学参数71-76
  • 5.2.2 螺栓热工和力学参数76-78
  • 5.3 管片接头热力耦合有限元模型78-80
  • 5.3.1 模型建立78-80
  • 5.3.2 添加边界条件80
  • 5.4 分析结果80-87
  • 5.4.1 热分析结果80-85
  • 5.4.2 结构分析结果85-87
  • 5.5 本章小结87-90
  • 6 火灾高温下接头防水性能研究90-96
  • 6.1 橡胶条防水试验概况90-91
  • 6.1.1 试验简介90-91
  • 6.1.2 接头橡胶条防水要求91
  • 6.2 试验结果与分析91-94
  • 6.2.1 橡胶条试验结果91-93
  • 6.2.2 数据分析93-94
  • 6.3 本章小结94-96
  • 7 火灾高温下接头损伤规律、评价和保护措施96-100
  • 7.1 火灾下管片接头损伤规律96-98
  • 7.2 火灾下管片接头损伤和防水评价98-99
  • 7.3 火灾下接头保护措施99-100
  • 8 结论和展望100-104
  • 8.1 结论100-103
  • 8.2 展望103-104
  • 参考文献104-108
  • 作者简历108-112
  • 学位论文数据集112

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