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火灾下空间索面悬索桥缆索结构性能分析及抗火设计研究
| 论文题名： | 火灾下空间索面悬索桥缆索结构性能分析及抗火设计研究 |
| 关键词： | 空间索面悬索桥;火灾场景;受力性能;抗火设计 |
| 摘要： | 随着我国交通基础设施的不断完善和交通运输量的迅猛增长，桥梁火灾事故造成的经济损失和不良社会影响不容忽视。悬索桥具有极强的跨越能力，是大跨径桥梁的主要桥型之一。悬索桥缆索由平行钢丝或钢绞线组成，但其耐火性能较差，在火灾下发生损伤后将严重影响桥梁结构的安全。本文以某空间索面悬索桥为工程背景，开展火灾作用下桥梁缆索结构受力性能分析和抗火设计研究。主要内容和结论如下： （1）对油罐车火灾及缆索抗火现状进行调研，归纳总结了高温下钢材性能参数，基于传热学理论确定了火灾数值模拟方法，对汽车火灾释热率模型进行对比，确定了平方释热函数下 200MW 油罐车火灾为桥梁最不利火灾工况。应用火灾数值模拟软件FDS对200MW油罐车火灾进行瞬态热分析，火源侧面约15m及火源上方约25m空间范围内瞬态温度高于300℃。 （2）基于200MW油罐车火灾空间温度场规律，以某空间索面悬索桥为工程背景，结合桥梁构造特点设置了缆索四种最不利火灾场景，通过FDS对各火灾场景进行数值模拟，各火灾场景中受火缆索均有不同程度高温损伤，在火灾场景三中受火吊索存在短时间内断索风险。 （3）利用 ANSYS建立缆索平面瞬态热分析模型，得到缆索内部传热规律及温度场分布。结合主缆截面各钢丝层升温规律，提出主缆“串并联”模型，计算得到主缆受火后各层钢丝应力与强度变化规律，主缆截面各钢丝层温差较大，各钢丝层受火后强度均不同程度降低，各钢丝层之间的温差将导致应力重分配。 （4）利用 ANSYS建立空间索面悬索桥模型，结合火灾场景中缆索表面升温规律，基于主缆“串并联”模型，对各火灾场景中桥梁缆索力学性能分析，得到桥梁缆索受火后结构特性，各火灾场景中主缆均不会发生断裂，其中火灾场景三为最不利火灾场景，受火吊索在火灾发生 5 分钟后断裂，相邻吊索应力激增，但不会发生吊索连续断裂。 （5）基于最不利火灾场景缆索表面温度，提出了缆索抗火设计基本原则，结合 200MW 油罐车火灾空间温度场分布与不同火灾场景处缆索表面温度情况，以玄武岩纤维作为抗火材料，缆索抗火层厚度不低于 6mm，吊索失效断裂基本防护高度为 13m，吊索护套破损基本防护高度为 30m，主缆纵桥向防护距离为中跨跨中两侧各98.7m，边跨主缆与桥面交点以上30m。 |
| 作者： | 龙彬 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 李琦;姚国文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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