公路隧道动态火灾规模及人员疏散研究

为了确定城市公路隧道阻塞场景下火灾蔓延时的动态火灾规模和人员疏散方案,基于临界辐射热通量理论计算车辆引燃时间,并运用FDS研究动态火灾规模和同时打开两侧横通道与只打开一侧横通道两种工况下的温度与可视度分布规律,通过Pathfinder计算人员疏散时间。结果表明:初次引燃需要250s,二次引燃分别需要615、650 s,共计11辆车参与燃烧,最大热释放速率高达39.1 MW;两种工况下的温度与可视度分布规律基本相同,但同时打开两侧横通道的疏散时间仅为390 s,较后者减少了320 s;建议四洞公路隧道发生火灾时,宜同时打开两侧横通道,且应在10 min内及时采取措施防止车辆发生二次引燃。

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。

双线铁路大直径盾构隧道疏散滑梯可行性研究

为得到双线铁路大直径盾构隧道竖向疏散通道的选型依据及其设计参数,首先,通过调研对比分析疏散楼梯与疏散滑梯的通行能力;其次,借助人员疏散软件Pathfinder研究疏散口通行能力对疏散时间的影响;最后,采用理论公式推导给出疏散滑梯的最优线型。研究结果表明:同等条件下疏散楼梯的通行能力大于疏散滑梯;对于铁路隧道竖向疏散,疏散口通行能力并不能明显影响疏散时间;考虑人员疏散过程中由于恐慌可能造成的踩踏风险,疏散滑梯优于疏散楼梯,大直径水下盾构铁路隧道竖向通道可采用滑梯型式;采用疏散滑梯时最优线型由3段构成,中间段BC满足旋轮线,其余2段满足最速曲线方程。

肋锚式桩板墙砂箱模型试验研究

肋锚式桩板墙是一种新型复合支挡结构。通过砂箱模型试验,获得肋锚式桩板墙保持稳定所需锚固段长度l1与肋板长度l2关系,分析肋板摩擦锚固与锚固段抗力锚固效应对墙体稳定作用模式影响,基于工程经济性原则探讨肋锚式桩板墙合理构造方式。试验结果表明,极限平衡状态下所需的锚固段长度随肋板由短至长变化呈非线性缩短趋势,即通过在悬臂段墙后土中增设抗倾覆滑移肋板可有效减小锚固桩埋深;随着肋板增长和锚固段缩短,挡墙保持稳定的控制因素由锚固段的抗力锚固效应逐渐转变为肋板的摩擦锚固效应,对应的力学作用模式为依次为“桩锚主导型”、“桩肋复合型”和“肋锚主导型”;对于单位长度锚固段与肋板造价比值a>0.6375的肋锚优势区,采用长肋短锚构造方式的“肋锚主导型”挡墙具有较好的经济性,而a≤0.6375的桩锚优势区则宜选用短肋长锚的“桩肋复合型”。

混凝土组合构件耐火性能试验研究

利用自行设计的火灾燃烧炉对混凝土T型组合构件的耐火性能进行试验研究。试验持续120 min,观察火灾后构件表观现象并测量火灾过程中组合构件内部温度变化,得到火灾下混凝土板、墙组合构件的内部温度场分布规律及其高温损伤情况。结果表明:火灾下组合构件墙体受火面位置处更容易出现混凝土剥落现象,应在该位置处采取施作防火涂料等防火措施来减轻火灾高温的影响;组合构件节点核心区的混凝土温度低于其他受火区域的温度,墙板对节点核心区有一定的保护作用;火灾作用下距离混凝土组合构件受火表面越远,其内部温度越低,且其温度开始上升的反应时间越长;组合构件在非受火区域温度整体较低,温度升高的反应时间较长且速度较慢,火灾高温对非受火区域的结构影响较小。

城市隧道合建结构整体抗火安全性研究

城市隧道合建结构发生火灾时,会对其合建相邻结构的变形及应力分布造成一定影响,进而威胁整体结构的抗火安全性能。以义乌商城大道隧道工程为依托,采用有限元软件ANSYS建立合建结构热-力耦合瞬态分析模型,考虑火灾高温对材料性能的非线性影响,依据隧道结构抗火安全性标准对不同火灾模式下合建结构的整体抗火安全性能进行分析。研究结果表明,火灾高温作用使得地下合建结构发生显著的应力重分布,但由于混凝土材料的热惰性,将不会对与受火结构合建的相邻结构内部温度场造成影响;当隧道火灾规模为30 MW且持续120 min时,受火结构表面最高温度可达673.5℃,且距离受火面25 mm处的温度为483.3℃,均不满足结构抗火安全性的温度标准,需采取一定的防火措施;且受火结构对与其水平合建的相邻结构应力及安全性有较大影响,其应力变化幅度最大超过50%,而对竖向合建结构影响较小,但均能保证整体结构体系的承载能力;建议施作导热系数小于0.15 W/(m·℃),厚度大于12 mm的防火涂料以降低火灾所引起的结构高温应力及损伤,进一步提高合建结构整体抗火安全性能。

大直径盾构铁路隧道火灾温度荷载及结构内力特性研究

为了得到大直径铁路盾构隧道非均匀火灾场景下的温度荷载及结构内力特性变化规律,文章首先运用火灾动力学软件FDS建立考虑火区通风的列车火灾模型,研究衬砌受火面温度荷载分布;其次通过有限元软件ANSYS建立考虑内部结构的热力耦合模型,着重研究隧道衬砌及内部结构的变形、温度分布以及内力变化。结果表明:考虑火区通风的单洞双线铁路隧道列车着火为非均匀火灾场景,火灾温度荷载(20 MW)最高不超过500℃,受火120 min后,受火面衬砌混凝土最高温度达到256℃;火灾工况下隧道拱顶及底部的竖向位移较非火灾工况均减小,结构水平方向的位移略微增大,轨道板的竖向位移减小,结构部分截面的内力发生较大变化,最大增幅接近1倍;衬砌受火面截面呈现出复杂的应力状态,在温度影响的局部范围内存在较大的温度应力。

四洞公路隧道火灾模式下烟气控制标准研究

为了确定四洞公路隧道火灾模式下的烟气控制标准,通过理论公式计算得到火灾隧道内防止烟气逆流的纵向临界通风风速,并采用火灾动力学软件FDS进行对比验证,同时研究阻塞场景下在相邻安全隧道内进行反向通风的控烟模式,得到阻止烟气经火源下游的横通道蔓延到安全隧道的临界风速。结果表明:Kennedy理论公式计算的结果与FDS模拟结果吻合较好,确定三车道隧道火灾模式下临界风速为2.2m/s,双车道为2.3m/s;阻塞场景下,三车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于3.5m/s,双车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于5.5m/s。

基于台阶试验的相对最大摄氧量与人员疏散能力关系研究

文章通过进行500 m疏散测试试验得到不同受试者的测试完成时间,并结合台阶测试试验得到的相对最大摄氧量,得到了相对最大摄氧量与人员疏散运动能力的相对关系。受试者年龄在20~25岁之间,共选取13位受试者,分别进行台阶测试试验和疏散测试试验。台阶测试试验中测试了受试者不同阶段的血氧饱和度、心率等生理参数,并提出以相对综合心率对运动能力进行评价,由A-R列线图法对受试者的最大摄氧量进行换算,为消除个体差异,以相对最大摄氧量进行评价。在完成台阶测试试验48 h后,让相同的受试者进行500 m疏散测试试验,记录最终测试完成的时间。将两次试验得到的相对最大摄氧量与疏散测试试验的完成时间进行拟合分析,发现疏散测试完成时间与相对最大摄氧量存在反比关系,从而可以用相对最大摄氧量来间接表示疏散运动能力。