浅论地铁隧道衬砌结构火灾损伤与灾后评估方法研究

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1、⑧申请同济大学工学硕士学位论文地铁隧道衬砌结构火灾损伤与灾后评估方法研究(上海市重大科技攻关计划项目编号：04DZl2010)培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程结构工程强健朱合华教授二oO七年三月摘要地铁系统的完善和密集程度有效的解决了大城市的大容量交通问题，然而由于地铁交通客流量大，一旦发生火灾，就会造成了巨大的社会影响和经济损失。地铁盾构隧道发生火灾时，高温会使衬砌结构发生热膨胀，同时使衬砌结构材料的强度和模量显著降低，导致结构变形增大，承载力下降。火灾后，如何快速准确的评估火灾高温对隧道衬砌结构的损伤，

2、对制定隧道结构修复加固方案、恢复隧道使用功能、保证隧道结构的安全等方面有着实际的意义。本文研究了火灾对隧道衬砌结构的高温损伤和火灾后衬砌结构的检测评估方法。具体研究内容包括：火灾高温后盾构隧道衬砌混凝土、衬砌管片物理力学性能的劣化规律；衬砌结构的截面温度场的计算理论和简化计算方法；衬砌结构截面的高温承载力计算理论和复核方法；地铁隧道火灾后检测评估方法、判据和评估程序。本文通过试件试验研究给出盾构隧道衬砌C50混凝士的残余抗压强度、峰值应变、变形模量与最高经历温度的劣化关系以及无量纲应力一应变关系的数学模型。通过地铁盾构隧道衬砌的i／3缩尺模型

3、管片的火灾高温试验，分析了高温时管片内部温度场变化的规律，发现火灾高温会使管片外观特征发生明显变化，使管片刚度劣化，承载性能下降。通过合理的假设条件和材料热物理参数选择，并与模型管片试验结果验证，说明了应用Marc软件实现衬砌结构瞬态热传导过程数值计算的可行性。通过大量计算，给出了考虑了火灾降温阶段的衬砌截面温升现象的地铁盾构隧道衬砌结构温度场的评估计算公式。本文还探讨了衬砌结构截面高温承载力的计算理论，提出积分法、条分法、等效截面法等方法计算高温承载力的原理，给出了衬砌结构构件截面高温承载力复核计算的步骤和公式。另外，本文通过总结混凝土结构

4、灾后检测评估方法和试件高温后检测试验，给出适合于地铁盾构隧道灾后评估的现场检测方法和专用判据，并建立起地铁盾构隧道灾后评估程序模型。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：地铁，盾构隧道，衬砌结构，高温损伤，评估AbstractABSTRACTThedevelopmentofmetrosystemsolveslargecapacitytrafficprobleminbigcitieseffectively．However,largepassengervolumesinthemetrosystemwillcausetremendou

5、ssocialandeconomiclossesintheeventoffire．Duringthefire，high-temperaturewillcausethermalexpansionofliningstructure,whileliningmaterialstrengthandmodulusdecreasedsharply,resultinginstructuraldeformationincreasedandbearingcapacitydecreased．Howtousepropermethodsevaluatingfireda

6、magetotunnelliningafierthefire,isimportanttoplanningrepairandreinforcementscheme,restoringtunnelfunction,guaranteeingstructuresafety,etc．High-temperaturedamagetotunnelliningandtheevaluationmethodsafterthefirearestudiedinthepaper．Thecontentsinvolve：(1)deteriorationofliningco

7、ncreteandsegmentofsubwayshieldtunnelafterfirescenarios；(2)calculationtheoryandsimplifiedcalculationmethodofsectiontemperaturefieldoflining；(3)calculationtheoryandrecomputationmethodofsectionhigh-temperaturebearingcapacityoflining；(4)methods，criterionandprocedureofdetectiona

8、ndevaluationaftersubwayfire[g?,ellariOS．Basedonthetestdata,thedeteriorationregular