PC箱梁桥火灾温度场及受火性能研究

发布时间：2017-10-03 00:06

  本文关键词：PC箱梁桥火灾温度场及受火性能研究

  更多相关文章： 预应力混凝土箱梁桥 火灾 数值模拟 热力耦合 力学性能

【摘要】：PC梁桥在国内发展迅速,在国民经济中扮演越来越重要的角色,与此同时其遭受诸如火灾、撞击等灾害的威胁越来越大。由于桥梁结构遭受火灾后其材料性能与受力特性将发生改变,将严重影响桥梁的正常使用,甚至可能造成垮塌。因此,开展预应力混凝土梁桥受火性能研究显得尤为必要。本文主要开展了以下的研究:(1)首先介绍了桥梁火灾的国内外研究现状,总结混凝土与预应力筋的热工参数与热力参数在高温下的性能,确立了后续模拟选用的参数指标。(2)采用火灾动力学的模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)对火灾下梁桥空间温度场进行数值模拟,以热释放速率表示火源燃烧情况。研究不同模拟空间大小、不同热边界条件、不同火源距梁底高度、不同模拟时长等因素对箱梁表面环境温度场的影响。指出绝热表面温度作为热荷载加载到梁桥表面进行热力耦合分析更为准确。(3)基于热分析基本原理,采用ansys进行瞬态热分析,得到箱梁桥受火加载3小时的截面温度场分布情况。研究温度场随延火时间的变化规律、保护层厚度对预应力筋温度的影响、不同环境温度场加载对箱梁截面温度的影响以及对比分析不同学者提出的热传导系数对温度场的影响。发现保护层厚度对预应力钢筋抗火有较好效果,特别是15cm厚效果良好。(4)在热分析的基础上使用ansys有限元软件,采用间接耦合方法分析研究PC简支箱梁桥的高温变形。指出箱梁截面变形不协调,初始张拉预应力对高温下挠度影响不大。(5)最后采用火灾动力学FDS建模重构了火灾场,并结合热力分析成果与桥梁受火灾后检测结果进行比较,表明桥梁受火研究在灾后评估中具有较高的可行性。
【关键词】：预应力混凝土箱梁桥 火灾 数值模拟 热力耦合 力学性能
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U447
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 前言10-12
• 1.2 国内外桥梁火灾的研究12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 目前研究存在的问题和不足14-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 材料热工参数与力学参数18-33
• 2.1 混凝土的热工性能18-22
• 2.1.1 混凝土热传导系数18-19
• 2.1.2 混凝土的比热容19-20
• 2.1.3 混凝土的密度20-21
• 2.1.4 混凝土的热膨胀系数21-22
• 2.2 预应力筋的高温热工参数22-25
• 2.2.1 预应力筋的热传导系数22-23
• 2.2.2 预应力筋的热膨胀系数23-24
• 2.2.3 预应力筋密度与比热容24-25
• 2.3 混凝土力学性能25-29
• 2.3.1 混凝土抗压强度25-27
• 2.3.2 混凝土本构关系27
• 2.3.3 混凝土弹性模量27-29
• 2.3.4 混凝土泊松比29
• 2.4 预应力筋的力学性能29-32
• 2.4.1 预应力筋的屈服强度29-31
• 2.4.2 预应力筋的弹性模量31
• 2.4.3 预应力筋的本构关系31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 基于FDS桥下火灾空间温度场数值模拟33-69
• 3.1 FDS概述33-37
• 3.1.1 FDS简介33-34
• 3.1.2 FDS计算模型34-36
• 3.1.3 Pyrosim动力学软件介绍36-37
• 3.2 桥梁火源荷载37-40
• 3.2.1 火灾发展过程37-38
• 3.2.2 火灾增长模型38-39
• 3.2.3 火灾热释放速率大小39-40
• 3.3 桥下车辆火灾模型40-47
• 3.3.1 火灾场景41-42
• 3.3.2 热边界条件42-43
• 3.3.3 测点布置43-44
• 3.3.4 网格划分44-47
• 3.4 桥下火灾温度场参数分析47-67
• 3.4.1 车辆火灾的基本假定47
• 3.4.2 30MW火源单跨梁空间与三跨空间火灾模拟对比分析47-51
• 3.4.3 30MW单幅与双幅空间的火灾模拟对比51-54
• 3.4.4 混凝土绝热边界与混凝土热传导边界火灾温度场对比54-57
• 3.4.5 底板距火源面的高差对火灾温度场的影响57-62
• 3.4.6 火源大小对火灾温度场的影响62-65
• 3.4.7 模拟时长对火灾温度场的影响65-66
• 3.4.8 温度场离散化66-67
• 3.5 本章小结67-69
• 第4章 箱梁截面温度场分析69-89
• 4.1 桥梁受火温度69-70
• 4.1.1 常采用的火灾温升曲线69-70
• 4.1.2 火灾温升曲线模拟70
• 4.2 热分析基础知识70-72
• 4.2.1 热分析基本原理70-71
• 4.2.2 热传递方式71-72
• 4.3 热分析求解条件与方法72-76
• 4.3.1 热传导方程72-73
• 4.3.2 边界条件、初始条件、热荷载73-75
• 4.3.3 综合换热系数75-76
• 4.4 受火作用下箱梁温度场参数分析76-87
• 4.4.1 热分析有限元模型76-78
• 4.4.2 不同时间箱梁温度场分析78-80
• 4.4.3 不同保护层厚度箱梁温度场分析80-82
• 4.4.4 不同环境温度加载时箱梁温度场分析82-85
• 4.4.5 材料热工参数差异分析85-87
• 4.5 本章小结87-89
• 第5章 PC箱梁桥受火形变分析89-98
• 5.1 基本假定与模拟方法89-90
• 5.1.1 基本假定89
• 5.1.2 模拟方法89-90
• 5.2 有限元模型90-92
• 5.2.1 模型建立基本步骤91
• 5.2.2 模拟结果分析91-92
• 5.3 箱梁受火形变的参数分析92-96
• 5.3.1 不同时间箱梁挠度分析92-94
• 5.3.2 不同保护层厚度箱梁挠度分析94-95
• 5.3.3 张拉预应力不同箱梁挠度分析95
• 5.3.4 不同环境温度加载箱梁挠度分析95-96
• 5.4 本章小结96-98
• 第6章 受火PC箱梁桥灾后案例分析98-110
• 6.1 工程概况98-99
• 6.2 火灾动力学FDS数值模型99
• 6.3 灾后损伤检测与计算结果比较99-108
• 6.3.1 损伤区域分析100-102
• 6.3.2 受火温度场分析102-103
• 6.3.3 强度损伤分析103-105
• 6.3.4 预应力检测分析105-107
• 6.3.5 灾后承载力评估107-108
• 6.4 综合评定108-109
• 6.5 本章小结109-110
• 第7章 结论与展望110-114
• 7.1 结论110-112
• 7.1.1 热工参数与热力参数综述成果110
• 7.1.2 火灾环境温度研究成果110-111
• 7.1.3 箱梁截面温度场研究成果111
• 7.1.4 预应力简支箱梁桥受火形变研究成果111-112
• 7.1.5 箱梁桥灾后损伤评价研究成果112
• 7.2 本文创新点112
• 7.3 展望112-114
• 致谢114-115
• 参考文献115-117

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本文编号：962008