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消防科学与技术 2024年第8期43卷 1051-1058页

作者：鲁佳明张太科安伟光宋晓枫中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 江苏省城市地下空间火灾防护高校重点实验室江苏徐州221116 广东湾区交通建设投资有限公司广东广州510699

为了研究双层悬索桥下层发生车辆火灾时高温对上桥面底部关键部位的影响,基于FDS建立典型双层悬索桥火灾数值模型,以上桥面底部温度观测线上的最高温度点为研究对象,分析大型车辆火灾时不同车辆火源功率和常见海面风级内向环境风速对最... 详细信息

为了研究双层悬索桥下层发生车辆火灾时高温对上桥面底部关键部位的影响,基于FDS建立典型双层悬索桥火灾数值模型,以上桥面底部温度观测线上的最高温度点为研究对象,分析大型车辆火灾时不同车辆火源功率和常见海面风级内向环境风速对最高温度及偏移距离的影响,并使用量纲分析法建立数学模型。结果表明:当热释放速率在30~200 MW变化,内向环境风速在0.1~6.7 m/s变化时,最高温度与热释放速率成正比,与风速成反比,而最高温度点偏移距离与之相反;无量纲最高温度变化量与无量纲火源功率的0.8次幂呈正比,与无量纲内向风速呈负相关关系;无量纲最高温度点偏移距离与无量纲火源功率呈复杂的对数关系,总体趋势为负相关,与无量纲风速呈非线性递增的对数关系,趋势为正相关。因此,双层悬索桥车辆火灾中火源功率和内向风速对最高温度点的影响是竞争关系,本数学模型可用于桥梁防火设计和火灾现场最高温度点的准确预测。

关键词：双层悬索桥车辆火灾工程热分析火灾数值模拟量纲分析

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多因素影响下双层悬索桥火灾燃烧特性及温度分布规律研究

多因素影响下双层悬索桥火灾燃烧特性及温度分布规律研究

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作者：施磊中国矿业大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程的加快,城市建设发生深刻的变化,特别是我国桥梁建设成绩斐然。但是,随着我国城市交通事业的迅速发展,运输易燃易爆物品车辆及新能源车辆的增多,桥梁因突发事件引起的火灾机率也在不断上升。特别是夏天高温条件或发... 详细信息

随着我国城市化进程的加快,城市建设发生深刻的变化,特别是我国桥梁建设成绩斐然。但是,随着我国城市交通事业的迅速发展,运输易燃易爆物品车辆及新能源车辆的增多,桥梁因突发事件引起的火灾机率也在不断上升。特别是夏天高温条件或发生交通事故时,有可能发生危化品运输车辆燃烧甚至爆炸。一旦桥梁火灾发生,将会对桁架、缆索等关键构件产生显著影响,对桥梁运营安全产生直接威胁,造成局部构件损坏甚至整体垮塌,产生巨大的经济损失和人员伤亡。目前,关于桥梁火灾的研究不够完善。一方面,国内缺乏相关的桥梁防火规范,桥梁火灾危险性评价缺少试验数据及理论支撑,亟需开展桥梁火灾研究;另一方面,关于桥梁火灾研究多聚焦火灾中桥梁结构力学性能的变化情况,且考虑的影响因素较为单一,而对于火灾中关键构件的温度分布研究较少,而温度是影响桥梁结构力学性能的关键参数。此外,由于开展桥梁火灾实验所需经济成本太高,有关桥梁火灾的研究大多通过数值模拟进行。因此,通过实验和数值模拟研究多因素下双层悬索桥温度场的变化规律具有重要的理论价值和实际意义。本文以双层悬索桥形成的部分受限空间为研究对象,采用实验和数值模拟相结合的方法,通过改变环境风速、环境风向、层间净高等因素,对双层悬索桥火灾温度场展开了研究,主要成果如下:(1)上桥面无量纲温升随着离火源距离的增加呈现指数衰减规律,这与前人在无风环境下通过实验得到结果一致,并且内向风下温度的衰减速率明显大于外向风;通过将桁架无量纲最高温升与平均火焰高度拟合,得到了不同环境风下桁架无量纲最高温升与平均火焰高度的关系式;基于无量纲分析,建立了桁架顶部温度的预测模型,发现桁架顶部无量纲温升与弗劳德数呈现幂函数关系。(2)通过修正前人提出的火焰撞击隧道顶棚特征长度的公式,得到了环境风作用下连续火焰撞击上桥面下方纵向温升的预测公式;基于无量纲分析,建立了考虑无量纲火源功率的桁架无量纲最高温升的预测模型;通过对实验数据进行拟合,得到了浮力羽流撞击上桥面、间歇火焰撞击上桥面以及连续火焰撞击上桥面三种情况下桁架顶部无量温升的预测公式。(3)当层间净高相同时,随着风速的增大,火灾高温区整体向下风侧偏移,影响范围逐渐增大;当风速相同时,随着层间净高的增大,火灾影响范围随着层间净高的增大呈现逐渐减小的趋势,并且相比缩尺数值模拟,全尺数值模拟中该现象更为明显;实验测得的上桥面及桁架温度分布与数值模拟的结果接近,且温度分布随着风速及桁架的变化呈现出相似的规律。

关键词：双层悬索桥环境风层间净高缩尺比例温度分布

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油罐车火灾下双层悬索桥抗火性能研究

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交通与港航 2023年第2期10卷 21-24页

作者：沈荣林李芬张宗星湖州市港航工程建设有限公司湖州立华路桥工程有限公司中国矿业大学力学与土木工程学院

为了研究大跨径悬索桥高温力学性能,利用火灾动力学软件FDS及有限元软件ABAQUS建立悬索桥主桥的热-结构耦合模型,研究火灾下大跨径悬索桥高温力学性能退化规律。结果表明:火源附近上层纵横梁、桥面板和组合式横梁等成为受火高温区,相应... 详细信息

为了研究大跨径悬索桥高温力学性能,利用火灾动力学软件FDS及有限元软件ABAQUS建立悬索桥主桥的热-结构耦合模型,研究火灾下大跨径悬索桥高温力学性能退化规律。结果表明:火源附近上层纵横梁、桥面板和组合式横梁等成为受火高温区,相应应力较大;上层桥面板应力在528 s达到材料高温屈服强度,此时发生受火强度破坏。研究成果可为桥梁火灾韧性评价体系研究提供参考。

关键词：油罐车火灾热-力耦合分析双层悬索桥抗火性能

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大跨径双层公路悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳试验研究

大跨径双层公路悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳试验研究

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作者：史晶武汉理工大学

学位级别：硕士

自从孙口黄河大桥首次采用钢桁梁整体焊接节点以来,我国相继建成了多座采用整体节点技术的大跨径钢桥。目前在建的武汉杨泗港长江大桥主跨达到1700米,是国内跨度最大的钢桁梁双层公路悬索桥,主桁架采用了整体焊接节点技术。整体焊接节... 详细信息

自从孙口黄河大桥首次采用钢桁梁整体焊接节点以来,我国相继建成了多座采用整体节点技术的大跨径钢桥。目前在建的武汉杨泗港长江大桥主跨达到1700米,是国内跨度最大的钢桁梁双层公路悬索桥,主桁架采用了整体焊接节点技术。整体焊接节点适合工厂预制,现场拼装焊接,不仅可以保证工程质量的稳定,而且可以大幅缩短施工周期。但是整体焊接节点焊缝构造复杂,通过有限元分析难以准确地评估整体焊接节点处的疲劳性能,所以进行整体焊接节点的多轴疲劳试验是十分必要的。目前相关的试验研究大多是以桁架加载的方式进行的,模型节点处的应力分布和受力历程不能精确模拟实际情况。本文以武汉杨泗港长江大桥做为工程背景,通过有限元模拟与多轴疲劳试验相结合的研究方式,对其进行疲劳性能的评估。首先,采用有限元软件Midas/Civil建立武汉杨泗港长江大桥的三维有限元模型,选用《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中规定的疲劳荷载模型II作为疲劳车进行移动荷载分析,选取出全桥范围内应力幅最大的节点,将此节点作为本文的研究对象。其次,根据英国BS5400规范中关于疲劳计算的相关规定和Miner准则,计算出所选取研究对象各杆件疲劳加载200万次的等效加载轴力幅。最后,确定试验模型的缩尺比例并按照缩尺比例计算试验等效轴力幅。对试验模型进行疲劳加载试验,每疲劳加载20万次后进行静力加载,同时观察试验模型的疲劳关键区域是否出现疲劳裂纹。在疲劳加载200万次后,试验模型未出现任何疲劳裂纹,并且实测应力与有限元分析计算的理论值符合较好,表明该试验的结果是可靠的,从而得出结论,武汉杨泗港长江大桥的整体焊接节点抗疲劳性能满足设计要求。

关键词：双层悬索桥焊接整体节点疲劳试验

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车辆火灾下大跨径悬索桥抗火性能研究

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消防科学与技术 2022年第7期41卷 877-883页

作者：李彦兵李卫倪雅尹亮广东省公路建设有限公司虎门二桥分公司广东广州511447 江苏中矿大正表面工程技术有限公司江苏徐州221000 中国矿业大学江苏徐州221000 应急管理部天津消防研究所天津300381

为了研究不同车辆火灾规模下大跨径双层悬索桥的抗火性能,以主跨2180 m的特大跨径双层悬索桥为研究对象,首先利用火灾动力学软件FDS建立悬索桥热分析模型,研究不同火源功率、火源位置、环境风向等因素对双层悬索桥的温度分布规律的影响... 详细信息

为了研究不同车辆火灾规模下大跨径双层悬索桥的抗火性能,以主跨2180 m的特大跨径双层悬索桥为研究对象,首先利用火灾动力学软件FDS建立悬索桥热分析模型,研究不同火源功率、火源位置、环境风向等因素对双层悬索桥的温度分布规律的影响,得到悬索桥关键构件温度-时间关系曲线。然后,利用有限元软件ABAQUS开展双层悬索桥热-力耦合数值仿真分析,选取高温下钢材及高强钢丝热工参数,研究悬索桥吊杆、加劲梁、桥面板的高温力学性能时变特征,对比不同环境风速、桁架高度、火源特性及位置等工况下双层悬索桥结构应力、变形及构件损伤行为,确定特大跨径双层悬索桥抗火关键部位及其耐火需求。最后,基于数值模拟结果,初步提出了双层悬索桥结构防火设计建议。结果表明:受火桥段的应力发展及失效位置与火源位置、功率及环境风向密切相关。当车辆起火位置位于桥梁下层时,由于桥面铺装隔热作用,下层结构受火灾影响较小。而热气流致使上部结构温度明显高于下部,火源附近的上层纵横梁、桥面板和吊杆等构件温度快速上升。由于钢材热膨胀效应,导致构件快速升温膨胀,膨胀时受到周围杆件的限制,导致压应力逐步增加。(1)火源位置:当火源位于横桥向中间车道,高应力区域集中在非机动车道上层纵横梁及桥面板。当火源位于横桥向非机动车道时,火源附近的上层桥面板发生强度破坏。(2)火源功率:随着火源功率增加,火场对桥梁高温影响效应增强,关键构件温度均逐渐增大,高温影响范围变大。火源功率为30 MW,在6000 s内未发生强度破坏;火源功率为100 MW,其耐火时间为653 s;火源功率为200 MW,其耐火时间为413 s。可以看出,随着火源功率增大,桥梁结构耐火时间显著降低,最大降低可达93.11%。(3)环境风向:当火源位于横桥向应急车道,在外向风作用下,与两侧桁架相连的上层桥面板发生强度破坏;在内向风作用下,非机动车道附近的上层桥面板发生强度破坏。在内向风作用下受火桥段耐火时间为528 s,与外向风工况下相比,其耐火时间增加了3.0%。针对车辆火灾下大跨径双层悬索桥,应根据受火结构危险性进行抗火等级划分,并按等级进行分级抗火防护设计。

关键词：车辆火灾热-力耦合分析双层悬索桥钢结构抗火性能耐火时间

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