超大跨钢壳沉管隧道管节火灾力学行为研究

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深中通道是横跨深圳、中山两地,集“桥、岛、隧、”为一体的世界一流超大集群工程。主体工程沉管隧道采用双向八车道技术标准,总长6845m,沉管段5035m,采用钢壳混凝土结构,标准管节断面跨度46m,最深处达35m,技术指标和工程规模在水底隧道领域均属世界领先水平。深中通道沉管隧道采用了钢壳结构、预应力对接、半刚性接头对接等多种新型结构设计与施工方法,隧道为两孔一管廊超大跨结构,高跨比0.23,结构趋于扁平化,又因其长大宽体型、自重大、地基松软及深水压强大等特点,火灾的发生将诱发混凝土材料性能退化、钢筋及钢壳软化、结构开裂与渗漏水等一系列灾害,修复也极为困难。基于此,本文依托深中通道工程,针对钢壳沉管隧道火灾场景设计、管节结构三维温度场、管节结构高温力学行为等方面展开研究,具体内容如下:(1)沉管隧道火灾场景试验依托深中通道沉管隧道工程,建立局部管节的1:1.25实体隧道火灾模型,研究海底超大跨沉管隧道繁发生火灾时的隧道内烟雾蔓延情况,并通过三种不同的排烟组合方式,得到最佳通风方案。(2)隧道管节结构温度场分布规律通过火灾现场试验,研究隧道管节不同位置横截面在火灾高温条件下的温度分布特性,研究对象包括火灾高温时结构空间内温度场、结构内表面最高温度分布情况。(3)基于FDS的隧道火灾模拟根据实体隧道结构,通过FDS软件建立三维模型,按照RABT标准曲线,得到50MW的火灾功率情况下隧道结构内部温度传递与分布规律,确定温度边界条件,并通过模拟5种不同通风风速(3.3m/s、3.4m/s、3.5m/s、3.6m/s、3.7m/s)条件下隧道内烟雾扩散情况,得到临界风速值。(4)基于ANSYS的高温下钢壳混凝土组合结构力学行为仿真模拟通过ANSYS软件建立纵向1延米钢壳混凝土组合结构,在2种工况下(不设防火板、设防火板20mm)进行热力耦合分析,得到整体结构变形图、钢材和混凝土的通过热力耦合得到的应力云图。
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