隧道火災(zāi)高溫下溫度分布及其襯砌結(jié)構(gòu)損傷研究.pdf

1、隧道在運(yùn)營(yíng)使用過程中，不可避免地會(huì)發(fā)生事故甚至引起大型火災(zāi)。隧道火災(zāi)會(huì)產(chǎn)生濃烈的煙霧及高溫，煙霧在極短時(shí)間內(nèi)彌漫整個(gè)隧道影響逃生及救援，高溫將導(dǎo)致火勢(shì)增大甚至蔓延影響生命安全以及結(jié)構(gòu)性能。對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景模擬并對(duì)隧道襯砌混凝土損傷評(píng)價(jià)可為隧道防火消防提供參考和依據(jù)。
　　本文通過試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬及理論分析，對(duì)隧道火災(zāi)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容包括:(1)火災(zāi)高溫后隧道襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究;(2)發(fā)生大中型火災(zāi)（HRR=30MW

2、、50MW）時(shí)，不同縱向通風(fēng)風(fēng)速下隧道內(nèi)煙氣流的變化規(guī)律，隧道拱頂縱向溫度分布規(guī)律的數(shù)值模擬;(3)對(duì)火災(zāi)高溫時(shí)隧道襯砌斷面的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，評(píng)定火災(zāi)高溫下襯砌混凝土的損傷深度。
　　通過對(duì)上述三方面內(nèi)容的研究，可以得出以下結(jié)論:
　　(1)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土（C10、C20、C30及C40）在經(jīng)歷高溫后(100℃～700℃)，其抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，在200℃～300℃混凝土強(qiáng)度增加甚至高于常溫時(shí)?；炷两?jīng)歷的最

3、高溫度越高，其質(zhì)地越粗疏，裂紋裂隙越發(fā)育，抗壓強(qiáng)度越低，并得到混凝土經(jīng)歷高溫后的強(qiáng)度折減系數(shù)，可作為結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)參考。
　　(2)利用FDS軟件對(duì)縱向通風(fēng)風(fēng)速為0m/s、3m/s、4m/s及5m/s的30MW的中型隧道火災(zāi)及風(fēng)速為0m/s、4m/s、5m/s及6m/s的50MW的大型隧道火災(zāi)進(jìn)行模擬，得出:通風(fēng)速度影響隧道內(nèi)煙氣流的流動(dòng)及厚度變化，表現(xiàn)為當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通風(fēng)速度小于臨界風(fēng)速時(shí)，隧道內(nèi)發(fā)生煙氣流發(fā)生逆流現(xiàn)象，風(fēng)速大

4、于等于臨界風(fēng)速時(shí)逆流層消失，找到了30MW和50MW火災(zāi)的臨界風(fēng)速為4m/s及5m/s左右，并且通風(fēng)速度增大，隧道下游煙氣層厚度增加。
　　(3)通風(fēng)速度影響隧道內(nèi)溫度場(chǎng)的變化，無通風(fēng)時(shí)隧道火源點(diǎn)的溫度最高，通風(fēng)速度增加，最高溫度向火區(qū)下游移動(dòng)。對(duì)于同規(guī)模火災(zāi)，風(fēng)速增大，隧道內(nèi)溫度降低，風(fēng)速越大，降低幅度越大，表明通風(fēng)風(fēng)速有利于控制隧道內(nèi)火災(zāi)高溫。通過數(shù)值模擬得到隧道縱向拱頂溫度分布，可為隧道襯結(jié)構(gòu)砌斷面溫度場(chǎng)的模擬作為基礎(chǔ)，為第