地下混凝土框架结构火灾行为数值模拟

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近年来地下空间的开发利用给人们的生产生活带来了极大的便利,交通隧道和地下综合管廊作为其主要利用形式更是迅速发展。但是,在交通隧道和地下综合管廊为人们的生产、生活提供便利的同时,灾害也时常发生,严重威胁人们的财产和生命安全,火灾便是常见的灾害之一。交通隧道和地下综合管廊等结构内的环境都较封闭,因此发生灾害后不止逃生困难而且救援的难度性也大。所以,如果隧道和地下综合管廊等地下空间结构内发生失火,通常会导致大量的人员伤亡以及非常庞大的经济损失。此外,火灾下的高温还会导致混凝土发生大量的爆裂,同时火灾下的高温还会使材料的力学性能劣化以致于结构的力学性能降低,结构力学性能的不断降低会使整个结构的安全性降低甚至发生损坏,最终致使结构的安全性和承载力都大大降低,甚至造成结构的破坏。因此,研究地下空间结构在火灾下的力学行为,对结构安全来说十分重要。多数隧道和地下综合管廊都是钢筋混凝土框架结构。研究地下钢筋混凝土框架结构在火灾下的力学行为,可以为交通隧道和地下综合管廊的防火设计提供有益参考。  本文以T.Ring的地下混凝土框架火灾试验为基础,对地下混凝土框架结构在火灾下的行为进行了数值模拟分析,做了以下几个方面的工作:  (1)根据T.Ring的试验分别用结构抗火分析软件SAFIR及通用有限元分析软件ABAQUS建立了地下混凝土框架火灾模型,通过与试验数据做对比,验证了结构抗火分析软件SAFIR在地下混凝土框架结构抗火分析中的优势,并且验证了数值模型的有效性。  (2)利用SAFIR抗火分析软件建立完整的地下混凝土框架火灾模型,分析了火灾下地下混凝土框架结构的温度、位移、以及薄膜力、弯曲力等随时间的变化情况,及转角处的内力特点。  (3)利用SAFIR抗火分析软件,分析受拉纵筋配筋率、框架厚度、混凝土保护层厚度等参数对地下混凝土框架结构火灾下的薄膜力、弯曲力等力学性能的影响,并分析原因。  (4)总结数值模拟分析得出的结论,为地下混凝土框架结构的火灾防护工作提供参考。
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