岩溶隧道衬砌结构变形特征研究

以渝东南岩溶区马鞍山隧道为依托工程,运用有限元软件MADIS-GTS建立渗流-应力耦合模型进行数值模拟分析,通过监测隧道衬砌结构的拱顶、拱腰、拱脚和拱底四个部位的变形情况,控制单一变量,分析不同水头高度、不同注浆圈厚度、不同注浆圈渗透系数和不同衬砌厚度四种条件下的隧道衬砌变形特征,并对隧道设计参数进行优化。     

基于FDS仿真火灾温度下隧道衬砌安全评估

为了研究火灾下隧道衬砌的安全性,首先采用火灾模拟软件FDS4．0模拟不同规模的火灾：通过许多小的长方体堆砌建立隧道的实体模型,并采用FDS4．0中的多重网格技术（Multiple Meshes）进行网格划分;然后结合仿真得到横断面的温度场与相应温度下的材料参数,应用荷载一结构模式（即直刚法）对二次衬砌的安全性进行评估。结果表明：小规模火灾下（〈20MW）,衬砌的安全性能够得到满足,在较大火灾规模下（≥20MW）,拱顶的安全性得不到满足,而其余部位的安全性满足要求;随着火灾规模的增大,衬砌安全系数逐渐降低,拱顶的安全系数降低梯度最大。最后,对衬砌的耐火措施提出了一些建议。     

火灾作用下钢筋混凝土结构的性能研究

建筑物遭受火灾高温作用后,构件的承载力、变形、耐久性抗震性能等都会受到不同程度的损伤,使整个建筑结构的耐久性、安全性降低。采用ISO834标准温度一时间曲线下的火灾环境,通过对钢筋混凝土构件的两个主要组成部分：钢筋和混凝土,在高温下和高温后材料性能的分析、归纳,给出了钢筋及混凝土等结构材料抗高温的性能规律,希望能为人们研究混凝土结构的抗火性能提供些参考。     

高温下钢筋混凝土中框架的变形研究

基于三维瞬态温度场和二维平面有限元力学模型，编制了钢筋混凝土框架结构高温反应的全过程分析程序；利用前人的试验结果，程序的正确性得到了验证。选取一榀单层3跨的钢筋混凝土中框架。针对不同梁柱线刚度比和不同柱子轴压比的情况分别进行了该框架的高温反应分析，定性给出了部分控制点位移随时间的变化规律。     

单边螺栓T型节点火灾高温下抗拉性能

通过有限元方法研究了单边螺栓T型节点在火灾高温下的拉伸性能。用常温下节点拉伸试验对有限元模型进行了验证,结果表明该有限元模型可准确模拟单边螺栓T型节点的拉伸性能。采用恒温加载的方式,研究了T型构件翼缘板厚度和火灾高温对节点抗拉性能的影响。T型翼缘板厚度分别取6、18、27mm,温度分别取常温至800℃共8种不同温度,并且通过改变材性考虑不同温度对钢材强度和刚度的折减。将不同T型翼缘板厚度和温度下节点的破坏模式、抗拉强度及刚度进行比较,得出了翼缘厚度和温度对其抗拉性能的影响,进而得出该单边螺栓T型节点在火灾作用下的拉伸性能。研究结果表明,该单边螺栓连接方式,在火灾下可以提供足够的锚固力,适用于闭合截面钢构件,如钢梁和钢管柱之间的连接。     

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散研究

火灾下建筑结构抗火性能和人员疏散问题是建筑火灾科学的两个重要研究内容,尽管二者最为关注的目标都与时间有关,即结构耐火时间和疏散时间,但实际对这两个问题的研究基本上是独立进行的。首先对结构抗火性能和人员疏散的研究现状和存在的问题进行了梳理总结,从疏散范围和疏散时间两方面讨论了结构抗火性能和人员疏散之间需要满足的关系。基于此,提出了一种适合于性能化结构抗火设计新的极限状态——安全疏散极限状态,将结构抗火性能研究和人员安全疏散结合起来,进而利用时间变量建立极限状态方程,为性能化结构抗火设计提供了一种新的思路。最后,对未来需要解决的若干关键问题进行展望。     

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。     

火灾高温作用下波纹腹板钢梁剪切屈曲系数研究

波纹腹板钢梁具有优良的抗剪切性能,在常温条件下,它的剪切屈曲模式通常有3种:局部剪切屈曲、总体剪切屈曲和相关剪切屈曲.根据火灾燃烧不同时刻波纹腹板钢梁的温度变化,考虑火灾高温对结构钢材料性能的影响,研究了波纹腹板钢梁在火灾高温作用下的3种剪切屈服模式,给出了高温下波纹腹板钢梁临界剪切屈曲应力和剪切屈曲系数的计算表达式,...     

半横向排烟下隧道火灾烟气控制效果试验研究

为了研究隧道火灾半横向排烟对烟气排放效果的影响参数,同时为半横向通风排烟下隧道火灾烟气蔓延情况的系统性研究提供试验数据支持,建立缩尺比例为1:10的水平模型隧道开展火灾试验,并对火灾半横向排烟时排烟阀和排烟道内的烟气流动进行理论分析.结果表明,水平公路隧道半横向排烟情况下,理论分析得出的排烟阀处烟气流速与模型试验结果基...     

集中排烟公路隧道入口段火灾下诱导风速研究

为研究集中排烟模式下公路隧道入口段发生火灾时的合理诱导风速,以某公路隧道为背景,运用火灾动力学模拟软件FDS对隧道人口段火灾时不同坡度、不同诱导风速的16组火灾工况进行模拟研究,通过对各工况下隧道内的温度场分布及烟气控制效果模拟结果的分析,得到了各工况下的合理诱导风速,研究结果可为公路隧道集中排烟系统关键设计参数提供参考.     

火灾高温下CFRP加固钢筋混凝土梁温度场分析

综合国外CFRP加固混凝土结构抗火试验相关研究,总结了CFRP的高温热工性能参数。用ANSYS软件对火灾高温下不同情况(无防火保护层和有防火保护层)和不同工况(防火涂料涂抹形式)下CFRP加固后的钢筋混凝土梁进行了温度场数值模拟研究。结果表明,防火涂料厚40 mm时,梁耐火极限可达2.5小时以上,且底面和两侧面全面涂抹防火涂料的防火效果最好。本文研究有助于进一步深入认识CFRP加固钢筋混凝土结构在高温下的力学性能和耐火极限,且对CFRP加固后的结构防火设计具有一定的指导意义。     

公路隧道火灾起因及预防研究

在总结分析近30年典型大中型公路隧道火灾案例基础上,给出了大中型隧道火灾主要起因统计,根据隧道火灾起因和故障树(FTA)分析原理,建立了隧道火灾起因故障树,通过计算故障树各基本事件发生的概率,计算出各基本事件关键重要度并进行排序,找出了导致隧道火灾的常见高频原因,并提出了防范隧道火灾的措施.     

隧道衬砌空洞积水的探地雷达识别研究

衬砌空洞是运营隧道中的常见病害,由于其内部介质复杂,尤其当积水存在时,探地雷达(GPR)识别存在较大难度和误差。针对空洞积水的情况,利用MATLAB编程,建立空洞和不同电导率的空洞积水数值模型,用时域有限差分法(FDTD)进行探地雷达二维正演模拟,通过分析正演图谱和单道波形,得出空洞及积水的响应规律。制作隧道衬砌混凝土模型,应用探地雷达扫描测试,并与正演模拟结果进行对比分析。结果表明,雷达正演与模型试验结果相似;未积水的空洞反射波相位与入射波相反;空洞积水的雷达信号反射更明显,其反射波相位与入射波相同;电磁波在水介质中迅速衰减,空洞积水时,其大小难以定量识别。     

不同变形失稳模式下隧道围岩稳定性判据研究的进展

计算机模拟隧道围岩失稳研究的困难在于失稳模型不清楚、失稳判据不明确。本文综合分析了目前国内外应用的隧道稳定性判别方法,总结了不同变形失稳机制下的计算模型及其量化的破坏判据,分析了各种方法的研究进展和存在局限,为围岩稳定性数值模拟提供快速、合理、可操作的判据。     

隧道火灾性能化安全疏散设计方法研究

阐述了隧道防火设计的重要性,保证人员的安全疏散是隧道性能化安全设计的首要目标。确定了火灾时人员安全疏散的判定条件,分析了人员逃生时所需疏散时间的组成,通过火灾时人员所需安全疏散时间与可用安全疏散时间的比较分析,介绍了隧道火灾疏散设计的一般思路。结合某隧道的实例对这种性能化设计思路进行了说明,确定了某隧道疏散口间距和逃生滑梯通行能力的初步设计方案。     

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。     

国内外交通隧道火灾安全研究现状及启示

本文通过对国内外交通隧道火灾案例、研究机构、研究活动、相关规范、标准的总结分析,阐述了国内外交通隧道火灾安全的研究现状及发展趋势,并针对我国交通隧道火灾安全的现状及面临的问题,建议了需要开展的工作。     

隧道火灾时人员安全疏散的模拟研究

隧道的消防设计应以保护人员的生命安全为首要目标，为此开发了隧道火灾时的人员疏散计算机模型Tunev（tunnel evacuation）。该模型能计算隧道内不同火灾场景的人员疏散所需时间，可与计算危险来临时间的火灾数值模拟软件CFD—PHOENICS3．5相结合，经两种时间的对比，判断人员疏散的安全性。该模型包含了简单的火灾时人员行为反应数据库和隧道防火结构特征参数。通过定性和定量的分析和计算，其结果能直观地发现疏散设计中的不足，以便采取针对性改进措施；该模型还可以作为辅助的消防演习工具。本文阐述了模型的有关概念，并对工程实例进行了疏散模拟，最后简述了Tunev模型的验证和应用。     

双火源隧道火灾的临界风速变化规律研究

使用FDS数值模拟的方法研究了双火源隧道火灾的临界风速变化规律,重点研究了纵向风下游火源功率及火源间距对临界风速的影响,并从烟气的能量转化过程分析了临界风速的变化原因。结果表明:在上游火源功率及火源间距确定的条件下,临界风速随下游火源功率增加的变化趋势近似呈线性增长;当火源间距为0时,临界风速均等同于与两个火源总功率相同的单火源情形;对于功率确定的上游火源及下游火源,临界风速随火源间距增加的变化趋势近似于二次方递减;对于功率确定的上游火源,每种功率的下游火源都存在一个对临界风速产生影响的"极限距离",且此距离随下游火源功率增加的变化趋势近似呈线性增长。多火源隧道火灾的临界风速相比单火源存在较大区别,因此在隧道的通风设计中,应充分考虑多火源的分布情况,临界风速的计算也更加合理,制定的火灾扑救及人员疏散方案也更加科学。     

紧邻隧道条件下基坑开挖变形破坏模式分析

目前基坑开挖对邻近既有隧道的影响主要集中于隧道变形及应力的变化,对于紧邻隧道条件下基坑开挖的破坏模式以及机理仍缺乏较深入的理解。研究了不同隧道埋深、不同隧道与地连墙水平间距和不同地连墙埋置深度下,在紧邻隧道情况下基坑不同计算步的破坏模式,分析了变形破坏机理及易发生破坏的开挖步。研究结果表明,潜在破坏面可分为3种形式：直线形破坏面、圆弧形破坏面、U形破坏面;随着基坑的开挖以及内支撑的建设,剪切带逐渐变为绕地连墙墙趾的深层剪切带,与隧道的交叉部分从右侧肩部逐渐向下转移到右侧腰部或右下侧近腰部;基坑破坏易发生在开挖后未设置内支撑及开挖至坑底后设置内支撑的情况下。