论文部分内容阅读
火灾是隧道所面临的最为严重的灾害之一。由于环境的密闭性和逃生救援工作的困难性,使得隧道一旦发生火灾,往往造成严重的人员伤亡、巨大的社会影响和经济损失。大量的隧道火灾实例表明,火灾通常会导致隧道衬砌结构混凝土的爆裂和力学性能劣化,从而对隧道衬砌结构产生严重的损坏,显著降低结构的承载力、安全性和耐久性。随着纤维自密实混凝土(FRSCC)以及混杂纤维自密实混凝土(HyFRSCC)在隧道衬砌管片中越来越为广泛的应用,对FRSCC以及HyFRSCC隧道衬砌管片的高温劣化程度进行量化,将对火灾后结构的维修和加固具有重要意义。本博士论文依托国家自然科学基金面上项目(51078058)：混杂纤维对管片的裂缝与力学性能的影响以及国家自然科学基金面上项目(51478082)：基于多层次结构特征的新型混杂纤维增强水泥基复合材料的性能及机理研究,对FRSCC和HyFRSCC的高温爆裂行为以及梁氏构件高温前后的抗弯性能进行了研究。全文主要内容如下：(1)对于高温作用前HyFRSCC梁抗弯性能的研究,主要包括两部分内容：a)开展了HyFRSCC简支梁常温时的抗弯性能研究,包括抗弯承载力、裂缝和变形等方面的内容。b)通过考虑混杂纤维的作用,给出了常温时HyFRSCC简支梁受弯承载力的预测方法、最大裂缝宽度和平均裂缝间距的预测方法以及短期挠度的预测方法,预测结果与试验测试结果较为接近。该部分内容可以为后面的对称倾角梁抗弯性能研究以及高温后简支梁抗弯性能的研究提供参照和对比。(2)采用对称倾角梁来简化模拟盾构隧道管片的受力特点,开展了HyFRSCC对称倾角梁常温时的抗弯性能研究,同样重点关注梁的抗弯承载力、裂缝和变形等方面的内容。通过考虑混杂纤维的作用,给出了常温时HyFRSCC对称倾角梁受弯承载力的预测方法,预测结果与试验测试结果较为接近。该部分内容可以为后面的高温后对称倾角梁抗弯性能的研究提供参考和对比。(3)针对HyFRSCC高温爆裂问题,本文第4章基于蒸汽压力理论,研究了HyFRSCC梁明火作用下的爆裂行为,开展了HyFRSCC明火作用下的蒸汽压力的测试工作,并建立了考虑混杂纤维作用的最大蒸汽压力预测公式,在材料基本参数给定的情况下可以快速有效的预测其最大蒸汽压力。(4)为了通过等效截面法来计算本文第6和第7章中简支梁以及对称倾角梁高温后的抗弯承载力,本文在第5章结合试验测试结果与数值模拟结果,分析了纤维对HyFRSCC粱明火作用下温度场的影响,并划定了计算所需要的5000C等温线。(5)基于第5章温度场的研究,本文随后开展了HyFRSCC简支梁明火作用后的抗弯性能的研究,重点分析了不同纤维对于高温后梁抗弯承载力、裂缝以及变形的影响,并给出了考虑混杂纤维作用的HyFRSCC梁高温后的受弯承载力预测方法,预测结果与试验测试结果较为接近。(6)最后以第5章温度场研究为基础,本文依然利用对称倾角梁来简化模拟隧道盾构管片的受力特点,分析了不同纤维对于高温后对称倾角梁抗弯承载力、裂缝以及变形的影响,并给出了考虑混杂纤维作用的HyFRSCC对称倾角梁高温后的受弯承载力预测方法,预测结果与试验测试结果较为接近。