由于交通拥堵现象,各个城市开始大量修建公路隧道来缓解交通压力,城市公路隧道相对于其他隧道而言,其车流量较大,容易引发车祸继而发生火灾,导致隧道衬砌结构材料性能劣化。所以火灾是影响城市公路隧道安全的一大隐患,故对发生火灾时隧道衬砌结构的温度场分布、高温力学行为变化以及承载力变化的研究具有非常重要的意义。本文主要从以下几个方面对高温下的隧道衬砌结构进行研究:首先,通过对隧道火灾实验及模拟资料进行调研,得出适合公路隧道发生火灾时的火灾场景设计。当火灾场景不同时,隧道衬砌结构内部的温度场分布规律不尽相同。在选择火灾场景时,需要对各种火灾案例、火灾试验以及理论分析三个方面进行分析,然后得出适合本文城市地下公路隧道火灾场景的升温曲线和火灾场景关键参数。然后通过有限元软件abaqus对隧道衬砌结构建立预定义温度场对其进行温度场模拟,得到结构的温度场分布云图,进而对隧道衬砌结构的温度场分布情况进行分析。其次,在基于上述温度场模拟的基础之上对隧道衬砌结构高温力学行为进行分析。采用abaqus有限元分析软件对隧道衬砌结构进行热应力温度-位移耦合分析。在分析过程中主要从四方面对隧道衬砌结构进行研究分析:其一,当未发生火灾时,对隧道衬砌结构的应力云图、弯矩值、内力值以及位移云图进行深入分析;其二,当发生火灾且最高温度达到500℃时,对隧道衬砌结构的应力云图、弯矩值、内力值以及位移云图进行深入分析;其三,当发生火灾且最高温度达到800℃时,对隧道衬砌结构的应力云图、弯矩值、内力值以及位移云图进行深入分析;其四,当发生火灾且最高温度达到100℃时,对隧道衬砌结构的应力云图、弯矩值、内力值以及位移云图进行深入分析。通过以上分析,本文得出隧道衬砌结构应力的变化分布情况、内力值的变化分布情况、弯矩值的变化分布情况以及位移变化情况。最后,对高温下隧道衬砌结构的承载力的变化情况进行研究。在隧道衬砌结构温度场模拟以及火灾下隧道衬砌结构的力学行为研究的基础之上,本文对隧道衬砌结构进行承载力的研究。首先给出高温下隧道衬砌结构剩余承载力计算的方法,然后总结出轴力弯矩包络图的绘制原理。然后分析不同火灾时间时隧道衬砌结构的损伤深度,并通过高温下混凝土的抗压强度折减系数对隧道衬砌结构的累计损伤深度进行计算,最后总结出不同火灾时间时隧道衬砌结构的累计损伤率。