【摘要】：盾構(gòu)隧道襯砌多為鋼筋混凝土預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu),作為一種不連續(xù)超靜定結(jié)構(gòu),在火災(zāi)作用下局部受熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,且材料性能容易發(fā)生劣化,致使其力學(xué)響應(yīng)變得十分復(fù)雜;另外,由于大量接頭的存在,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,使其在高溫下較整體式襯砌更易受損。因此,本文以北京地下直徑線大直徑盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)為例,借助原型火災(zāi)試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬方法,開展了盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫條件下的力學(xué)性能和損傷規(guī)律研究。本文的主要研究工作和成果如下:(1)從隧道火災(zāi)的升溫過程和溫度的空間分布形式等方面對(duì)隧道火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行了分析,通過比選確定了適宜的火災(zāi)升溫曲線。針對(duì)本文研究的大直徑隧道特征定義了非均勻受火(火災(zāi)溫度在隧道橫斷面上不均勻分布)和均勻受火(火災(zāi)溫度在隧道橫斷面上均勻分布)兩種典型火災(zāi)場(chǎng)景,提出了不同工況的火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定和模擬方法,為火災(zāi)試驗(yàn)和數(shù)值仿真分析提供了指導(dǎo)。(2)基于本文搭建的大直徑盾構(gòu)隧道火災(zāi)試驗(yàn)平臺(tái),開展了目前國內(nèi)最大規(guī)模的隧道原型火災(zāi)試驗(yàn),研究了隧道襯砌結(jié)構(gòu)在非均勻受火條件下的力學(xué)性能和損傷規(guī)律。首先,分析了受火過程中襯砌溫度以及溫度梯度隨時(shí)間和空間的分布規(guī)律;然后,結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象分析了隧道襯砌混凝土在火災(zāi)作用下的物理損傷形式(爆裂、開裂和脫水)及其發(fā)展規(guī)律,并從能量的角度解釋了襯砌混凝土高溫爆裂的機(jī)理;最后,分析了受火過程中隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律,并通過極限破壞試驗(yàn),對(duì)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的災(zāi)后剩余承載力和破壞形式進(jìn)行了闡述和分析。(3)建立了考慮襯砌材料高溫開裂和壓碎特性的盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)熱-力耦合三維有限元模型,通過與火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,研究了隧道襯砌結(jié)構(gòu)在不同火災(zāi)工況作用下的溫度分布規(guī)律和變形(徑向和接頭)規(guī)律。此外,重點(diǎn)研究了不同火災(zāi)工況作用過程中隧道襯砌受力狀態(tài)(截面應(yīng)力、內(nèi)力和偏心距)的變化規(guī)律,并據(jù)此給出了不同規(guī)模火災(zāi)對(duì)應(yīng)的隧道襯砌危險(xiǎn)截面。上述研究有助于正確地評(píng)估盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的工作狀態(tài)和火災(zāi)作用后的損傷程度,能夠?yàn)榻窈蟮乃淼阑馂?zāi)安全設(shè)計(jì)與評(píng)估提供一定的依據(jù)和參考。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U455.43
【圖文】：

火災(zāi)升溫曲線是火源最高溫度隨火災(zāi)時(shí)間的變化歷程，它可以反映火災(zāi)的升逡逑溫速率、最高溫度以及火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，有的升溫曲線還包含火災(zāi)的降溫過程。目逡逑前，國內(nèi)外學(xué)者通過大量理論和試驗(yàn)研究，建立了如圖２－１所示的一系列常用火逡逑災(zāi)升溫曲線。逡逑１４逡逑

上會(huì)形成均勻的溫度場(chǎng)，根據(jù)前節(jié)介紹，這種隧道均勻受火場(chǎng)景的特點(diǎn)是升溫速逡逑度快，最高溫度高，且在隧道橫斷面上均勻分布，根據(jù)其特點(diǎn)本文選擇文獻(xiàn)［６３］逡逑提出的基準(zhǔn)火災(zāi)曲線作為均勻火場(chǎng)的升溫曲線，并認(rèn)為同一時(shí)刻在如圖２－２所示逡逑的隧道橫斷面上各點(diǎn)的溫度分布都相同，且都等于火災(zāi)曲線在相應(yīng)時(shí)刻的溫度。逡逑Ｐ－Ｉ逡逑圖２－２均勻受火場(chǎng)景示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ａ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｕｎｉｆｏｒｍ邋ｆｉｒｅ邋ｓｃｅｎｅ逡逑１７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2736649