基于相似理论的悬索桥火灾温度场试验及数值模拟研究

作     者：张宗星 徐宇轩 温杰 邓薇 叶继红 陈伟 李毅 倪雅 

作者机构：中国矿业大学力学与土木工程学院 广东湾区交通建设投资有限公司 广东省公路建设有限公司 江苏中矿大正表面工程技术有限公司 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52108292 52078478) 

主　　题：桥梁结构 真实火灾 相似理论 温度场分布 设防标准 数值模拟 

摘      要：为揭示火灾下悬索桥缆索体系的空间温度分布规律，开展了基于相似理论的真实火灾下缆索体系温度场试验（缩尺比为1:4），研究了不同火源功率、火源位置及环境风速下火焰形态及温度分布规律，并结合钢丝高温力学性能曲线，确定了最不利火灾场景及火灾设防高度。然后，采用火灾动力学软件FDS对桥梁缆索火灾温度场进行数值模拟，并与试验结果对比分析，初步验证了相似原理在桥梁火灾研究的适用性及试验结果准确性。最后，基于火灾下缆索空间温度分布特征，提出经济合理的缆索体系火灾分级防护方法。结果表明：当温度超过300 ℃，高强钢丝力学性能显著下降，400 ℃时极限强度仅为常温下53%，建议将缆索钢丝抗火设防温度定为300 ℃。最不利火灾场景为环境风速1.5m/s的应急车道200 MW火灾，对应缆索火灾设防高度为20.8 m（≥300 ℃）。随着吊索高度增加，其表面温度呈先升高后降低趋势。当吊索高度为12.8 m时表面温度显著下降，建议将高度12.8 m作为吊索不同厚度防火材料的分级防护高度。