火灾下斜拉桥热力耦合性能研究

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斜拉桥以跨越能力大、结构轻巧新颖、节能省材等优点迅速成为现在桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一。随着经济的快速发展,斜拉桥也逐渐成为交通运输不可缺少的重要通道。由于交通运输量的大幅度增高也导致车辆火灾事故随之上升。对于大多数的桥梁火灾来说,车辆所引起的火灾占了绝大多数,包括大型货车、公共汽车和火车,其中,运输易燃易爆的油罐车一旦发生火灾,将对桥梁结构的造成极大的威胁,尤其是大型的斜拉桥,作为交通咽喉,火灾后,就势必要在一段时间内停止对其的使用,造成巨大的经济损失。另一方面,大型斜拉桥受到有些严重的火灾之后,会给桥梁灾后加固带来极大的难度,有的损伤甚至根本无法修复。为了减轻甚至避免油罐车火灾一旦发生对斜拉桥造成的巨大影响,本文以重庆马桑溪大桥作为背景,利用大型有限元软件ANSYS建立简化模型,主要研究斜拉桥模型在常温下和高温下的力学性能,做了以下几个方面的工作:1.本文利用有限元模拟软件ANSYS建立了斜拉桥整体模型,通过分析计算,首先得出了常温只有自重作用和主梁施加了桥面铺装荷载时,斜拉桥整体的位移、Von. Mises应力、轴力图和轴向应力图。根据得出的危险位置,假设不利荷载:第一类不利荷载为桥梁跨中发生火灾导致车辆停滞,所以车辆荷载就以静载的形式加上主梁上,得出整体位移、Von. Mises应力、轴力图和轴向应力图;第二类不利荷载为桥梁跨端发生火灾也导致车辆停滞,车辆静载为一根梁满载,进行计算分析。分析结果为斜拉桥跨中发生火灾对于桥梁来说更为危险。2.利用有限元模拟软件对主梁和斜拉索的温度场分布情况进行分析,为下一步研究高温下斜拉桥的力学性能奠定基础。本文采用前人研究过的升温曲线对主梁和斜拉索进行升温,通过温度场分布云图可以直观地看出它们温度分布情况,通过绘制出的升温曲线可以看出斜拉索和主梁截面的升温情况,得出斜拉索升温更快,也更容易在火灾中被破坏。3.利用有限元模拟软件对在斜拉桥整体模型进行热力耦合,在700s的升温过程中,斜拉索由于高温的作用力学性能和承载力有着显著的变化,导致斜拉桥的主梁不断产生向下的挠度,直到主梁的挠度超过计算跨径的容许挠度,说明在本文假设的火灾场景下,斜拉桥模型已经达到了耐火极限,并得出斜拉桥耐火时间。本文所做的工作为今后深入研究斜拉桥常温下和高温下的力学性能、耐火极限以及应急消防预案提供一定的参考作用。
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