由于隧道火灾事故的不可避免性和高危险性,隧道火灾研究已引起各方的高度重视。衬砌结构的安全性能是隧道防火的一个重要领域,因此对衬砌结构火灾下安全性能的评定已成为了重要课题。本文参照国内外的火灾案例及试验结果,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对火灾下衬砌结构的安全性能进行了深入研究,自主建立了一套基于数值分析的评定体系。研究内容主要包括:(1)提出根据隧道火灾时的烟气分布规律拟定高温荷载曲线,运用地层结构法建立围岩与衬砌的整体模型,进行有限元求解。在温度场分析结果的基础上,计算温度最高截面的刚度折减,从而判明衬砌烧伤程度。工程实例分析表明拱顶的烧伤最为严重。(2)应用了传统的温度—应力耦合理论,探索了火灾下衬砌结构强度评定的新思路:初始应力场分析→高温应力场分析→高温内力场分析→强度安全系数检算。初始应力场的分析是进行后续分析的基础,内力场可通过对高温应力场的积分获得,强度检算可根据受弯或偏心受压截面进行计算。工程实例分析表明,拱顶是受力最为薄弱的区域,可能出现较大的塑性区域。(3)根据圆拱结构稳定理论,采用有限元法进行非线性屈曲分析。分析中对拱顶截面可能出现的塑性铰区域采用添加一个单向铰模拟,衬砌断面根据等效抗火截面法进行折减。分析采用荷载逐步累加法,直至结构失稳,得出极限屈曲荷载,然后对比火灾下衬砌结构的内力值,判断其稳定性。(4)借鉴一般地面建筑物安全性能的评定方法,提出了火灾下衬砌结构安全性能的评定流程体系,将其应用于苍岭隧道火灾后衬砌结构的安全性能评价中,从衬砌烧伤程度、结构强度、结构稳定性三方面给出了相应的评价结果,为日后该领域的工程咨询评估及科研工作的开展提供了参考。