发布时间 : 星期四 文章公路隧道火灾后二衬结构损伤程度研究-土木工程；防灾减灾工程及防护工程专业毕业论文 - 图文更新完毕开始阅读
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要求(PIARC，1999，2004)[39】【40】。
挪威2000年发布了隧道火灾风险分析导则((Risk Analysis of Fire in Road
for NS Tunnels(Guideline 3901)》，给出了用于风险分析的隧道火灾场景。 荷兰在《隧道防火》和《隧道防火测试办法》中制定了隧道火灾场景确定办 法以及有关安全工程设计办法和隧道衬砌的防火测试办法。 1994年德国在编制的《公路隧道设施与运营规则RABT》中对隧道火灾规模
进行了规定。在1995年编制的《关于公路隧道建设补充技术条例及准则》中第十
章规定了隧道火灾的升温曲线及其对应的消防办法。 美国消防协会编制的NFPA502 道、桥梁及其他限行公路准则》中详
细规定了各种隧道的防火标准，且隧道长度大于240米需要参考其特征及相关参 数安装其通风设备；另外NFPAl30《固定导轨运输和有轨客运体系准则》制定了 地下铁路相关防火设计、运营安全以及车辆防火要求等。
澳大利亚基于性能化设计编制了工程标准((BSS 02 Engineering standard Design and Installation．Tunnel Fire safety．New Passenger Railway Tunnels))，该标准详尽的规 定了新建、既有隧道的消防设计【41】【42】。
日本编制的《日本建设省道路隧道急用设施设置准则》以隧道长度以及隧道 的交通量分级后制定不同等级的防火要求143J～mJ。
从世纪80年代开始国内也编制了相关公路、铁路以及地下隧道的设计准 则， 例如有1985年颁布的铁道部现行准则《铁道隧道设计规范》，2000年颁布 的《公 路隧道通风照明设计规范》，2003年颁布的《地下铁道设计规范》以及 2004年颁 布的交通部现行准则《公路隧道设计规范》。虽然以上规范、标准对隧道 的消防、 救援疏散作了规范，但是没有形成完整的体系。
1．3目前研究存在的不足
纵观目前海内外隧道火灾的研究，虽然国内已经开展了大量的隧道火灾探究 项目，但较其他国家在试验规模、设备以及数量上差距很大。在国外隧道火灾的 研究中，试验以1：1模型或实地为主，我国的隧道火灾研究主要以小比例模型试验 为主。受到隧道衬砌结构及运营安全等因素的影响，在正常运营的隧道里开展火 灾试验相当困难，另外缺少专门的隧道火灾试验场所，因此国内的实地隧道火灾 试 验研究项目及成果非常少。在国外隧道火灾试验数据、成果的基础上，结合国 内 公路隧道的发展状况，需要学者在隧道火灾数值分析基础上以真实车辆火灾数 据 为参考改善隧道火灾的监测装备，在允许的条件下开展实地隧道火灾试验，为 公 路隧道的消防设计和结构耐火设计提供稳定可靠的理论基础和试验数据。目前
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《公路隧
第一章绪论
尚存在以下问题： 1)国内缺少公路隧道衬砌结构的专用耐火、加固及修复设计标 准，且用于二
衬防火的成熟设计准则缺乏； 2)在研究隧道火灾衬砌温度场分布中，缺乏完整考虑
隧道环境、火灾温度、
火灾时长、混凝土爆裂等因素影响； 3)尚未成体系的对火灾中隧道衬砌结构的损伤
方式、机理以及增强衬砌耐火
性能开展研究；
4)缺乏隧道火灾中衬砌损害的检测标准以及评定模型；
5)国内己制定的《公路隧道养护技术规范》中并没有统一的火灾后衬砌结构
的修复、加固标准。
1．4本文的研究内容及方法
1．4．1研究内容 (1)隧道火灾场景研究 1)火灾场景关键参数确 定；
2)标准升温曲线及火灾场景确定；
3)各种工况火灾场景中衬砌表面温度变化的曲线拟合。 (2)隧道火灾中衬砌结构 温度场分布规律研究 1)衬砌结构温度分布的理论分析；
2)衬砌结构温度场数值模拟分析。 (3)高温作用下隧道衬砌结构力学行为研
究 1)衬砌结构高温时的变形性她IA；
2)衬砌结构高温时的内应力变化。
1．4．2研究方法
(1)国内外隧道火灾案例、火灾试验等相关成果、资料调研 查阅大量文献，掌握
现在海内外隧道火灾的起因、火灾时长、燃烧最高温度、
以及火灾高温对衬砌结构造成的影响。 (2)理论+数值分 析 以传热学为理论基础，分析衬砌混凝土内的温度场分布状况，运用FDS软件
对隧道火灾场景进行模拟并分析隧道内温度变化规律，利用ANSYS软件对衬砌结 构内部的温度分布以及应力、变形进行数值分析。
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万方数据图1—4论文研究流程
第二章公路隧道火灾二衬结构损伤程度理论分析
第二章公路隧道火灾二衬结构损伤程度理论
2．1传热传质基础理论
2．1．1传热和传质基本概念
凡物质运动，无论是宏观运动还是微观运动，必定有物质和能量的迁移和传 递。按照能量守恒定律和质量守恒定律这两大基本自然规律，物质和能量都可能 发生迁移和形式的变化，从空间的某处迁移到另一处，从一种形式转换成另外一 种形式。但是不管其位置和形式如何变化，质量总是守恒的，能量也是守恒的一
这就是自然界最基本的规律，即质量守恒定律和能量守恒定律【45J。
热量传递是自然界最普遍的现象。传热是与温度有关的能量传递，传质是与 浓 度差有关的质量传递。温度是物质内能的量度，与分子、原子或其他微观粒子 或微 团的运动引起的内能交换有关。传热即是通过分子或微团运动来传递能量， 其有热 传递、热对流和热辐射三种重要形式。
当物体内部存在温差，及存在温度梯度时，热量从物体的高温部分传递到低 温部分，而不同温度的物体相互接触时热量会从高温物体传递到低温物体，这种 热量传递的方式称为热传导。
热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在而引起的 热量交换，这是因为高温物体表面附近的空气因受热而膨胀，密度降低并向上流 动，与此同时密度较大的冷空气下降并代替原来的受热空气。
热辐射是指物体发射电磁热，并被其他物体吸收转变为热能的热量交换过程， 物体温度越高，单位时间辐射的热量越多，热传导和热对流都需要介质，而热辐 射 无须任何介质。
在传热过程中，以上三种形式通常是组合在一起，而不是独立存在的；而传 质 则有扩散、对流传质和相变三种重要形式。传热和传质基本上是同时相伴发生 的， 纯粹的热传导只存在于不透明的固体之中，也就是说，在不透明的固体中， 热量只 能通过传导的方式来传递；在透明或半透明的固体中，热量还可能通过辐 射来传 递；而在液体和气体这两种流体中，除传导、辐射外，还可能会有热对流 存在。
2．1．2傅立叶定律
只有存在温度差或温度不均匀时才会有热量的传导。将一个温度不均匀的物
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