本文關(guān)鍵詞：地鐵隧道火災(zāi)溫度場(chǎng)分布及基于熱力耦合的結(jié)構(gòu)損傷研究

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【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,交通事業(yè)也呈現(xiàn)一片繁榮景象,越來(lái)越多的地鐵、隧道出現(xiàn)在了人們的生活當(dāng)中�；馂�(zāi)是地鐵使用時(shí)需加以注意的重大問(wèn)題,由于區(qū)間深埋于地下,一旦發(fā)生火災(zāi),大量的煙和熱不易排出,造成區(qū)間內(nèi)的溫度急劇升高,嚴(yán)重影響人員安全疏散和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。目前,在地鐵隧道火災(zāi)領(lǐng)域,已有很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了相關(guān)研究,針對(duì)其研究現(xiàn)狀和存在不足,本文在如下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:通過(guò)對(duì)混凝土試塊進(jìn)行高溫特性實(shí)驗(yàn),得到了混凝土相關(guān)力學(xué)特性。開展了C30混凝土試塊高溫?zé)g實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)混凝土隨著經(jīng)歷溫度的不斷升高,表面顏色也經(jīng)歷了由青灰色向淺青灰、粉紅以及淺黃色的變化過(guò)程,同時(shí)試塊表面的裂縫也逐漸加深加寬,并伴隨著爆裂、脫落現(xiàn)象;混凝土經(jīng)歷的溫度越高,殘余抗壓強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度就越低,且抗拉強(qiáng)度的折減要比抗壓強(qiáng)度大很多。當(dāng)溫度為400℃和600℃時(shí),混凝土的殘余抗拉強(qiáng)度只為常溫時(shí)的36%和27%左右,當(dāng)溫度達(dá)到800℃及以上時(shí),混凝土基本喪失承載力。通過(guò)關(guān)聯(lián)Heskestad頂棚溫度分布模型、Ingason拱頂下方最高溫升模型以及Alpert無(wú)煙氣積聚時(shí)的最高溫升模型等幾種經(jīng)典溫升模型,并結(jié)合模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,提出了拱形地鐵隧道拱頂下方的最高溫升模型;通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)以及總結(jié)前人研究成果,發(fā)現(xiàn)拱頂下方溫度沿縱向大致呈冪指數(shù)衰減分布,繼而將模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理,得到了地鐵隧道的縱向溫度分布模型;通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)地鐵火災(zāi)時(shí)火源截面內(nèi)拱頂溫度最高,拱底次之,拱腰最低,根據(jù)各部位的溫升特點(diǎn),將橫截面分為輻射區(qū)以及對(duì)流區(qū)分別進(jìn)行研究,繼而提出了相應(yīng)的溫度分布模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Simtec大渦模擬技術(shù)預(yù)測(cè)地鐵隧道非均勻溫度場(chǎng)的正確性,然后借助大渦模擬技術(shù),對(duì)全尺寸地鐵隧道火災(zāi)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析、論證,最后提出更為精確的溫度分布模型。通過(guò)ANSYS數(shù)值模擬分析,提出了地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)非均勻受火下整體穩(wěn)定性評(píng)估方法。將地鐵隧道火災(zāi)非均勻溫度場(chǎng)加載到ANSYS有限元模型上,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力與非均勻溫度場(chǎng)的耦合分析,該方法克服了傳統(tǒng)研究中采用標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)襯砌進(jìn)行均勻升溫的缺陷,能夠準(zhǔn)確反映出真實(shí)火災(zāi)溫度場(chǎng)下襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和位移的變化情況。結(jié)果表明:因受混凝土高溫劣化、熱膨脹影響,襯砌結(jié)構(gòu)拱頂及拱腰部位的應(yīng)力大幅增加,容易造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn);同時(shí)由于混凝土具有比熱容大、導(dǎo)熱系數(shù)小等熱惰性質(zhì),導(dǎo)致襯砌表面的升溫速度較快,而沿厚度方向的升溫趨勢(shì)則逐漸減弱;隧道襯砌在火災(zāi)過(guò)程中的位移大都在毫米級(jí)別,對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響較小。
【關(guān)鍵詞】：地鐵隧道 非均勻溫度場(chǎng) 熱力耦合 模型實(shí)驗(yàn) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U231.96;U458
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 變量注釋表16-18
• 1 緒論18-27
• 1.1 研究背景和意義18-19
• 1.2 地鐵區(qū)間火災(zāi)發(fā)生的原因及特點(diǎn)19-21
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-25
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及方法25-26
• 1.5 技術(shù)路線26-27
• 2 襯砌混凝土高溫特性實(shí)驗(yàn)研究27-34
• 2.1 引言27
• 2.2 襯砌混凝土高溫?zé)g分析27-29
• 2.3 襯砌混凝土高溫后力學(xué)性能分析29-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 3 地鐵隧道火災(zāi)非均勻溫度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 地鐵隧道火災(zāi)模型實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)34-36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方案36-42
• 3.4 拱頂下方最高溫度42-44
• 3.5 隧道拱頂下方縱向溫度分布44-45
• 3.6 隧道火區(qū)內(nèi)橫向溫度分布45-49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 4 地鐵隧道非均勻溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 SIMTEC模擬技術(shù)51-52
• 4.3 火災(zāi)非均勻溫度場(chǎng)數(shù)值模擬52-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 5 非均勻受火隧道襯砌結(jié)構(gòu)熱力損傷分析63-74
• 5.1 引言63
• 5.2 ANSYS軟件介紹63-64
• 5.3 計(jì)算模型建立64-68
• 5.4 模擬結(jié)果與分析68-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 6 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 本文結(jié)論74-75
• 6.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)75
• 6.3 研究展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 作者簡(jiǎn)歷80-82
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王明年,楊其新,袁雪戡,楊忠;公路隧道火災(zāi)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律研究[J];地下空間;2003年03期

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本文編號(hào)：531723