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火灾作用下长江隧道衬砌结构温度场和温度应力研究

赵志斌  
【摘要】:随着国民经济的发展,我国江底隧道项目的兴建日益增多。由于江底隧道相对封闭,车辆在通过隧道过程中,由于自燃和碰撞等原因经常引发火灾,对行人的生命安全和隧道的运营安全造成极大的威胁。基于江底隧道在火灾安全体系研究方面的迫切需要,本文以长江隧道为研究对象,采用ANSYS热分析方法对武汉长江隧道衬砌结构的温度场分布和温度应力的状态进行了数值模拟研究。 本文在查阅大量国内外隧道火灾研究文献的基础上,详细的分析了目前国内外隧道火灾的研究现状和存在的不足。并针对目前在建的武汉长江隧道急需解决的问题,做了如下研究: 1、模型的建立:利用ANSYS软件建立了长江隧道二维实体模型。根据武汉长江隧道的实际建设情况,设定了计算的初始条件和边界条件。计算过程中选用的参数,均与实际相符。 2、温度场的分布:依据火灾过程中状态参数所遵循的基本能量守恒定律和瞬态热传导规律,针对长江隧道数字模型,运用ANSYS软件热处理功能对在三种不同火灾荷载作用下的长江隧道衬砌结构顶面、侧面和底面的温度场分布进行了模拟计算,并对计算数据详细的比较分析。比较了在相同火灾荷载下隧道衬砌结构的温度分布情况,比较了在不同火灾荷载作用下,相同部位温度场的大小。给在建的武汉长江隧道衬砌结构防火提供了理论参考依据。 3、温度应力的大小:在三种火灾荷载作用下,模拟计算了隧道衬砌结构顶面、侧面和底面内外侧面的温度应力。分析了在各工况火灾荷载作用下长江隧道衬砌结构各部位温度应力的分布状况,比较了相同工况荷载下,隧道衬砌结构的不同部位温度应力的大小。探明了长江隧道内火灾荷载作用下衬砌结构的温度场应力分布规律,找出了隧道衬砌结构最易破坏的部位。 研究成果表明,所建立的隧道模拟模型计算的参数能够较全面的反应衬砌结构的相关信息,对于在建的武汉长江隧道防灾、减灾提供相应的理论依据和指导。在火灾作用下的研究结果为长江隧道抗火设计提供理论参考。


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