本文關(guān)鍵詞：PC箱梁橋火災(zāi)溫度場(chǎng)及受火性能研究

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【摘要】：PC梁橋在國內(nèi)發(fā)展迅速,在國民經(jīng)濟(jì)中扮演越來越重要的角色,與此同時(shí)其遭受諸如火災(zāi)、撞擊等災(zāi)害的威脅越來越大。由于橋梁結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)后其材料性能與受力特性將發(fā)生改變,將嚴(yán)重影響橋梁的正常使用,甚至可能造成垮塌。因此,開展預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋受火性能研究顯得尤為必要。本文主要開展了以下的研究:(1)首先介紹了橋梁火災(zāi)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,總結(jié)混凝土與預(yù)應(yīng)力筋的熱工參數(shù)與熱力參數(shù)在高溫下的性能,確立了后續(xù)模擬選用的參數(shù)指標(biāo)。(2)采用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)的模擬軟件FDS(Fire Dynamics Simulator)對(duì)火災(zāi)下梁橋空間溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,以熱釋放速率表示火源燃燒情況。研究不同模擬空間大小、不同熱邊界條件、不同火源距梁底高度、不同模擬時(shí)長(zhǎng)等因素對(duì)箱梁表面環(huán)境溫度場(chǎng)的影響。指出絕熱表面溫度作為熱荷載加載到梁橋表面進(jìn)行熱力耦合分析更為準(zhǔn)確。(3)基于熱分析基本原理,采用ansys進(jìn)行瞬態(tài)熱分析,得到箱梁橋受火加載3小時(shí)的截面溫度場(chǎng)分布情況。研究溫度場(chǎng)隨延火時(shí)間的變化規(guī)律、保護(hù)層厚度對(duì)預(yù)應(yīng)力筋溫度的影響、不同環(huán)境溫度場(chǎng)加載對(duì)箱梁截面溫度的影響以及對(duì)比分析不同學(xué)者提出的熱傳導(dǎo)系數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)保護(hù)層厚度對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋抗火有較好效果,特別是15cm厚效果良好。(4)在熱分析的基礎(chǔ)上使用ansys有限元軟件,采用間接耦合方法分析研究PC簡(jiǎn)支箱梁橋的高溫變形。指出箱梁截面變形不協(xié)調(diào),初始張拉預(yù)應(yīng)力對(duì)高溫下?lián)隙扔绊懖淮蟆?5)最后采用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)FDS建模重構(gòu)了火災(zāi)場(chǎng),并結(jié)合熱力分析成果與橋梁受火災(zāi)后檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較,表明橋梁受火研究在災(zāi)后評(píng)估中具有較高的可行性。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋 火災(zāi) 數(shù)值模擬 熱力耦合 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U447
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 前言10-12
• 1.2 國內(nèi)外橋梁火災(zāi)的研究12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 目前研究存在的問題和不足14-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 材料熱工參數(shù)與力學(xué)參數(shù)18-33
• 2.1 混凝土的熱工性能18-22
• 2.1.1 混凝土熱傳導(dǎo)系數(shù)18-19
• 2.1.2 混凝土的比熱容19-20
• 2.1.3 混凝土的密度20-21
• 2.1.4 混凝土的熱膨脹系數(shù)21-22
• 2.2 預(yù)應(yīng)力筋的高溫?zé)峁?shù)22-25
• 2.2.1 預(yù)應(yīng)力筋的熱傳導(dǎo)系數(shù)22-23
• 2.2.2 預(yù)應(yīng)力筋的熱膨脹系數(shù)23-24
• 2.2.3 預(yù)應(yīng)力筋密度與比熱容24-25
• 2.3 混凝土力學(xué)性能25-29
• 2.3.1 混凝土抗壓強(qiáng)度25-27
• 2.3.2 混凝土本構(gòu)關(guān)系27
• 2.3.3 混凝土彈性模量27-29
• 2.3.4 混凝土泊松比29
• 2.4 預(yù)應(yīng)力筋的力學(xué)性能29-32
• 2.4.1 預(yù)應(yīng)力筋的屈服強(qiáng)度29-31
• 2.4.2 預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量31
• 2.4.3 預(yù)應(yīng)力筋的本構(gòu)關(guān)系31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 基于FDS橋下火災(zāi)空間溫度場(chǎng)數(shù)值模擬33-69
• 3.1 FDS概述33-37
• 3.1.1 FDS簡(jiǎn)介33-34
• 3.1.2 FDS計(jì)算模型34-36
• 3.1.3 Pyrosim動(dòng)力學(xué)軟件介紹36-37
• 3.2 橋梁火源荷載37-40
• 3.2.1 火災(zāi)發(fā)展過程37-38
• 3.2.2 火災(zāi)增長(zhǎng)模型38-39
• 3.2.3 火災(zāi)熱釋放速率大小39-40
• 3.3 橋下車輛火災(zāi)模型40-47
• 3.3.1 火災(zāi)場(chǎng)景41-42
• 3.3.2 熱邊界條件42-43
• 3.3.3 測(cè)點(diǎn)布置43-44
• 3.3.4 網(wǎng)格劃分44-47
• 3.4 橋下火災(zāi)溫度場(chǎng)參數(shù)分析47-67
• 3.4.1 車輛火災(zāi)的基本假定47
• 3.4.2 30MW火源單跨梁空間與三跨空間火災(zāi)模擬對(duì)比分析47-51
• 3.4.3 30MW單幅與雙幅空間的火災(zāi)模擬對(duì)比51-54
• 3.4.4 混凝土絕熱邊界與混凝土熱傳導(dǎo)邊界火災(zāi)溫度場(chǎng)對(duì)比54-57
• 3.4.5 底板距火源面的高差對(duì)火災(zāi)溫度場(chǎng)的影響57-62
• 3.4.6 火源大小對(duì)火災(zāi)溫度場(chǎng)的影響62-65
• 3.4.7 模擬時(shí)長(zhǎng)對(duì)火災(zāi)溫度場(chǎng)的影響65-66
• 3.4.8 溫度場(chǎng)離散化66-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 第4章 箱梁截面溫度場(chǎng)分析69-89
• 4.1 橋梁受火溫度69-70
• 4.1.1 常采用的火災(zāi)溫升曲線69-70
• 4.1.2 火災(zāi)溫升曲線模擬70
• 4.2 熱分析基礎(chǔ)知識(shí)70-72
• 4.2.1 熱分析基本原理70-71
• 4.2.2 熱傳遞方式71-72
• 4.3 熱分析求解條件與方法72-76
• 4.3.1 熱傳導(dǎo)方程72-73
• 4.3.2 邊界條件、初始條件、熱荷載73-75
• 4.3.3 綜合換熱系數(shù)75-76
• 4.4 受火作用下箱梁溫度場(chǎng)參數(shù)分析76-87
• 4.4.1 熱分析有限元模型76-78
• 4.4.2 不同時(shí)間箱梁溫度場(chǎng)分析78-80
• 4.4.3 不同保護(hù)層厚度箱梁溫度場(chǎng)分析80-82
• 4.4.4 不同環(huán)境溫度加載時(shí)箱梁溫度場(chǎng)分析82-85
• 4.4.5 材料熱工參數(shù)差異分析85-87
• 4.5 本章小結(jié)87-89
• 第5章 PC箱梁橋受火形變分析89-98
• 5.1 基本假定與模擬方法89-90
• 5.1.1 基本假定89
• 5.1.2 模擬方法89-90
• 5.2 有限元模型90-92
• 5.2.1 模型建立基本步驟91
• 5.2.2 模擬結(jié)果分析91-92
• 5.3 箱梁受火形變的參數(shù)分析92-96
• 5.3.1 不同時(shí)間箱梁撓度分析92-94
• 5.3.2 不同保護(hù)層厚度箱梁撓度分析94-95
• 5.3.3 張拉預(yù)應(yīng)力不同箱梁撓度分析95
• 5.3.4 不同環(huán)境溫度加載箱梁撓度分析95-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 第6章 受火PC箱梁橋?yàn)?zāi)后案例分析98-110
• 6.1 工程概況98-99
• 6.2 火災(zāi)動(dòng)力學(xué)FDS數(shù)值模型99
• 6.3 災(zāi)后損傷檢測(cè)與計(jì)算結(jié)果比較99-108
• 6.3.1 損傷區(qū)域分析100-102
• 6.3.2 受火溫度場(chǎng)分析102-103
• 6.3.3 強(qiáng)度損傷分析103-105
• 6.3.4 預(yù)應(yīng)力檢測(cè)分析105-107
• 6.3.5 災(zāi)后承載力評(píng)估107-108
• 6.4 綜合評(píng)定108-109
• 6.5 本章小結(jié)109-110
• 第7章 結(jié)論與展望110-114
• 7.1 結(jié)論110-112
• 7.1.1 熱工參數(shù)與熱力參數(shù)綜述成果110
• 7.1.2 火災(zāi)環(huán)境溫度研究成果110-111
• 7.1.3 箱梁截面溫度場(chǎng)研究成果111
• 7.1.4 預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁橋受火形變研究成果111-112
• 7.1.5 箱梁橋?yàn)?zāi)后損傷評(píng)價(jià)研究成果112
• 7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)112
• 7.3 展望112-114
• 致謝114-115
• 參考文獻(xiàn)115-117

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本文編號(hào)：962008