火灾作用下隧道结构力学响应及稳定性分析∗

隧道火灾会引起衬砌结构发生高温损伤,威胁隧道运营安全。从材料微观物理化学变化出发,研究了混凝土中水化物的热分解和骨料力学性能的高温劣化过程,揭示了其在火灾等高温作用下宏观力学性能的劣化机理,建立了相应的高温损伤分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑了温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。以上海某软土地区盾构隧道为算例,分析了不同火灾持续时间作用下衬砌结构的高温损伤过程,得到了衬砌结构在温度和力学荷载共同作用下的应力状态、围岩变形及隧道稳定性的变化规律,为隧道衬砌结构的防火设计及灾后评估与修复提供参考。     

火灾高温下隧道衬砌结构的变形性能研究

为考察隧道衬砌在火灾高温下的变形性能,利用ABAQUS有限元软件建立了HC基准升温曲线下衬砌环的三维分析模型。分析了隧道衬砌结构在火灾高温下的温度场分布规律,以及钢筋混凝土衬砌结构变形情况。研究了地面超载、土体侧压力系数、火灾持续时间、峰值温度及升温速率对变形的影响。结果表明:地面超载较小时,衬砌拱顶随温度升高而接近围岩,反之则远离围岩;拱腰位移随地面超载的增大而不断增大;土体侧压力系数越大,拱顶越向外移动,而拱腰则越向内移动;火灾持续时间越长、峰值温度越高,拱顶越远离围岩,拱腰越靠近围岩;升温速率对衬砌升温初期的变形影响较大,后期影响不显著。     

特长公路隧道独立排烟道结构高温安全性研究

特长公路隧道的火灾安全尤其是火灾通风排烟问题日益受到特别的关注。苍岭隧道是一座长度超过7 km的公路隧道,根据多方咨询意见,其通风排烟系统采用带独立排烟道的纵向通风模式。为了判断排烟道顶隔板结构在火灾高温下的安全性,以火灾动态模拟软件FDS的分析结果为温度边界条件,通过ANSYS对火灾下与常温下顶隔板的内力及变形进行了对比分析,探讨了顶隔板在火灾下的破坏规律,得出了火灾下顶隔板的临界破坏温度及其沿隧道的纵向破坏范围。     

钢筋混凝土结构抗火研究进展与趋势

火灾高温对钢筋混凝土结构材性有显著影响,极易造成结构损伤、破坏甚至倒塌。在大量阅读国内外文献的基础上,从建筑火灾发展过程研究、钢筋混凝土结构在火灾中的行为研究、钢筋混凝土结构抗火设计方法的研究、火灾后钢筋混凝土结构的损伤评估和加固方法的研究等4个方面对钢筋混凝土结构抗火研究进行了论述;总结了目前国内外钢筋混凝土结构抗火研究的主要进展及成果;指出了结构抗火研究尚存在的一些问题;最后,对结构抗火研究趋势进行了展望。     

城市交通隧道内火灾环境发展规律的数值模拟研究

为缓解城市地面交通压力,城市交通隧道在许多大城市中已经得到越来越多的应用。由于城市交通隧道具有特殊的交通特性、地理位置及建筑结构,其火灾安全问题受到了极大的关注。研究其内部的火灾环境,对于设置相应的防火安全设施来保证内部人员和隧道结构本身的安全至关重要。本文采用数值模拟的手段,对自然通风工况下,有坡度和无坡度隧道在火灾环境下的温度分布特性进行了研究。研究结果表明,2种隧道内的温度分布特性有很大差异;对于由烟囱效应导致的有坡度情况下的温度分布特殊性,在制定相应的防排烟措施时应充分考虑。研究结果对于隧道的结构防火设计、防排烟系统设计及火灾时的人员疏散方案制定有一定的参考价值。     

隧道纵向通风对火灾规模和火灾蔓延的影响

隧道纵向通风一方面会给火源提供大量氧气,扩大火灾规模,增加火灾蔓延的可能性;另一方面又可以带走大量热量,减小火灾蔓延的可能性。目前,这两方面影响的相对重要性还没有被很好地研究。本文对纵向通风对隧道火灾蔓延的影响进行了研究,首先分析了纵向通风对隧道火灾规模的影响,然后利用火灾动力学模拟程序FDS,对不同通风速率及相应火灾规模条件下隧道内车辆间的火灾蔓延进行了数值模拟,得出了不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并提出了控制隧道火灾蔓延的措施。结果表明,增加通风速率能较大地增加货车火灾的热释放速率,当通风速率小于2 m/s时,火灾蔓延的距离随通风速率的增加而增大,当通风速率大于2 m/s时,火灾蔓延的距离受通风速率的影响很小;对于客车火灾,通风对火灾的热释放速率影响较小,并且火灾蔓延的距离随通风速率的增大而减小。     

铝合金空间结构抗火性能研究进展

铝合金材料在高温下的力学性能较差,考虑到铝合金结构常用于重要大型空间结构,其抗火性能与人员生命财产安全密切相关,对国内外近年来关于铝合金空间结构抗火性能的研究进行了系统综述与分析。首先,总结了有关铝合金结构高温性能的研究,包括材料的高温性能、构件和节点的高温性能和空间结构的整体抗火性能等。随后,指出了大空间火灾与一般室内火灾的不同,并对比了各种大空间火灾温度场确定方法的优缺点;总结了有关钢结构构件在火灾下温升的确定方法,并强调了火焰辐射在大空间火灾下的重要影响;阐述了有关大空间结构整体抗火性能的研究;介绍了性能化抗火设计思想及其优越性。最后,总结了有待解决的关键问题和需进一步开展的工作。     

特长公路隧道集中排烟方式研究

纵向通风排烟是我国长大公路隧道发生火灾时通风的主要形式,目前开始应用一种新型的特长公路隧道纵向通风集中排烟方式。本文借助CFD三维数值模拟技术,对两种排烟方式在火灾时的烟气控制效果进行了对比分析,研究了顶部设排烟道时,不同排烟开口大小和排烟口间距对隧道火灾时排烟效果的影响。研究表明:顶部设排烟道排烟较纵向通风排烟有较好的烟气控制效果,排烟口的设置间距和开口大小将影响隧道火灾时的排烟特性。     

杭州过江隧道火灾时人员安全疏散研究

以杭州过江隧道为研究对象,分析了隧道火灾时人员安全疏散准则及影响因素,介绍了隧道内人员安全疏散研究的一种思路和方法。设定包含最不利情况的火灾场景,然后对各种火灾场景下的烟气蔓延及人员疏散进行模拟,得到了各种火灾场景下隧道内的可用安全疏散时间ASET曲线和必需安全疏散时间RSET曲线;比较分析这两条曲线,得到了疏散救援通道的设置参数,给隧道消防设计提供了依据。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

混凝土结构火灾爆裂危险性评估研究

通过对国内外相关研究成果的整理和分析,依据混凝土火灾爆裂危险性的影响因素,建立了混凝土结构火灾爆裂危险性分级评价体系。根据爆裂危险度值的大小将混凝土结构的爆裂危险性分为5级。爆裂危险性预测与实测结果的一致性显示了所提混凝土火灾爆裂危险性分级评价体系的有效性,可为混凝土构件和结构减灾防火设计提供参考。     

对消防经济学理论与方法研究框架的探讨

本文分析了国内外消防经济学的研究概况，从宏观和微观两个方面对消防经济学的研究框架、基本理论与方法等进行了全面论述，并对我国消防经济学韵研究及应用前景进行了展望。目的在于为填补我国在该研究领域的空白提供探索性的指导。     

铁路隧道火灾中烟气逆流层长度的研究

以狮子洋隧道为工程背景,对不同火源热释放速率、不同通风风速、不同坡度及不同断面当量直径情况下的火灾进行了数值模拟。分析了隧道烟气逆流层长度的变化规律,并对模拟数据进行了拟合。结果表明,隧道烟气逆流层长度与通风风速、火源热释放速率、隧道断面当量直径的自然对数值拟合均符合直线关系,呈递增或递减变化;坡度对烟气逆流层长度的影响随通风风速的增大而减弱。在分析烟气逆流层长度变化规律的基础上,建立了烟气逆流层长度与火源热释放速率、通风风速及断面当量直径的关系式,通过对数据拟合获得了烟气逆流层长度公式,该公式推导合理,并有所创新。     

隧道火灾时空温度场小波分析

提出了分布式光纤温度传感系统(DTS)时空温度场小波分析方法,完成了监测系统报警算法的设计;应用该算法,对隧道内弱风和强风条件下的模拟实验隧道火灾时空温度场进行了瞬态识别;基于隧道温度场监测数据时空矩阵的提取,对隧道的温度场变化规律做出了分析,并选取Ribo3.7小波基成功识别出隧道火灾时空温度场的奇异点.实验结果表明...     

隧道火灾安全的“FAD”综合评价模型及其工程应用

正确的隧道火灾的安全评估是有效地进行隧道火灾的预测、控制和防火设计的基础。隧道火灾发生的原因十分的复杂。由此,基于对影响隧道火灾的各个因素及因素之间的关系全面分析的基础上,建立了隧道火灾危险性的评价指标体系,为隧道使用过程中的安全管理以及隧道火灾危险评价提供了切实可行的参考依据。将模糊数学、层次比较分析法、德尔菲专家法相结合,建立了隧道火灾安全的“FAD”综合评价模型。结合上海市外环隧道实例,将该模型在隧道火灾的安全评估中加以应用,验证了该模型的准确性,为隧道的“性能化”防火设计提供可靠的依据,可使隧道火灾的防治对策、安全管理更加科学、合理和有效。     

隧道火灾调研及其对雪峰山隧道防灾设计的启示

随着长大隧道的不断涌现，交通量的日益增加，隧道内发生火灾风险的概率也随之上升。而隧道内一旦发生火灾，其破坏是相当严重的。隧道火灾的危害引起了各国对隧道消防安全问题的高度重视。通过对国、内外发生的一些隧道火灾案例的词研，分析了隧道发生火灾的特点、原因，并对雪峰山隧道火灾发生频率做了探讨，最后对雪峰山隧道的消防救援措施提了一些建议。     

钢框架厂房火灾后的破坏形态

端部约束不同的构件在火灾中的破坏形态不同,研究整体结构构件在火灾中的破坏形态,可以为钢结构抗火研究与设计提供依据。某钢结构框架厂房发生火灾,大火历时3个多小时,火场最高温度达1000°C以上。火灾后,框架梁均有不同程度的破坏,钢梁端部下翼缘屈曲破坏较普遍;由于钢梁顶没有设置抗剪键,钢梁与顶部的混凝土现浇楼板脱开,火灾后残留有较大的挠屈变形;钢柱在火灾后未有明显的破坏现象,但有侧向变形产生。这些现象与实验室中标准试验的结果不同。