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火灾高温下盾构隧道管片接头损伤研究
| 论文题名： | 火灾高温下盾构隧道管片接头损伤研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;管片接头;火灾高温;温度场;损伤变形 |
| 摘要： | 随着我国大中型城市轨道交通和城市地下道路建造的兴起，盾构法隧道建造也越来越得到广泛的运用。管片接头作为盾构隧道结构体系中薄弱点，在火灾高温条件下性能劣化，导致接头过大变形，影响到隧道结构安全性，进而可能引发严重的隧道灾害。 本文采用原型大直径盾构隧道管片，就火灾大小、持续时间等不同火灾场景，进行了火灾高温下管片接头试验研究和数值模拟。从管片及接头混凝土、接头螺栓、接头橡胶条等三个方面，研究了接头在火灾高温下的性能，取得了如下成果: (1)从管片混凝土颜色、爆裂、裂缝、渗水等方面，分析了火灾高温下管片损伤表观现象损伤变化特征，得到管片临界爆裂温度为520℃～540~C，集中爆裂持续约25～35min，不同工况下管片最大爆裂深度;以及管片裂缝发展、管片渗水随受火时间变化情况。 (2)火灾高温下管片及管片接头温度场分布规律。管片混凝土升温主要集中在距离受火面20cm范围以内，提出沿管片厚度方向管片混凝土最高温分布公式;螺栓升温缓慢，最高温度在100℃左右;内侧橡胶条温度最高可达250℃以上，而外侧橡胶条温度在50℃以内。 (3)管片接头变形（张开量、张开角）以及接头刚度随受火时间的变化特征。各工况试验可知火灾温度高、受火时间长，接头张开也就更大、相应而言接头刚度下降则会更快，在120min时认为接头刚度为0。 (4)建立管片接头热力耦合有限元模型，对不同工况下进行通数值模拟。通过有限元数值计算与接头试验对比，得出有限元分析可靠，计算结果与试验工况基本一致。 (5)提出火灾后接头损伤评定标准，为我国建立隧道防火相关规范提供参考。评定标准分为四个等级:Ⅱa级—轻微损伤、Ⅱb级—轻度损伤、Ⅲ级—中度损伤、Ⅳ级—破坏。 (6)得到橡胶条耐水压与温度和张开量关系，提出火灾下接头防水评价。结合设计要求耐水压值，得到防水失效时间。当橡胶条张开量达到8mm或者橡胶条温度达到200℃，认为橡胶条耐水压值为0。 (7)提出施加二次衬砌的盾构隧道防火保护措施。通过接头试验和高温下橡胶条防水分析，得出施加二次衬砌可有效地保证管片衬砌接头的安全性。 |
| 作者： | 王安华 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 袁大军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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