公路隧道排烟道结构耐火性能试验研究课件

公路隧道排烟道结构耐火性能试验研究公路隧道排烟道结构耐火性能试验研究Experimental Investigation on Fire-resistant Behaviour of Smoke Exhaust Duct Structure in Road Tunnel研究报告研究报告Research Report公路隧道排烟道结构耐火性能试验研究Experimental 汇汇 报报 内内 容容一绪一绪 论论 Introduction二试验研究概况二试验研究概况 Survey of Experimental Study 三三顶隔板顶隔板耐火性能试验研究耐火性能试验研究 Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 四四牛腿牛腿耐火性能试验研究耐火性能试验研究 Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 五排烟道顶隔板结构耐火性能五排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究数值模拟研究 Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct六六含湿量含湿量对混凝土试件耐火性能影响试验研究对混凝土试件耐火性能影响试验研究 Experimental Study on Humidity Content Influence on Fire-resistant of Concrete Specimen 七七高温植筋试件高温植筋试件拉拔试验研究拉拔试验研究 Experimental Study on the Pullout Strength of Bonded Rebar Specimens under High Temperature八主要创新性结论与关键技术参数八主要创新性结论与关键技术参数 Innovative Conclusions and Key Technical ParametersReport Contents汇 报 内 容一绪 论Report Contents独立排烟道集中排烟系统横断面图独立排烟道集中排烟系统横断面图 （1 1）独立排烟道集中排烟模式下）独立排烟道集中排烟模式下排烟道顶隔板结构排烟道顶隔板结构，是提高火灾，是提高火灾下人员安全的重要结构，国内外皆下人员安全的重要结构，国内外皆没有防火设计标准没有防火设计标准；（2 2）排烟道顶隔板结构在隧道火）排烟道顶隔板结构在隧道火灾高温下的灾高温下的灾变特性以及耐火性能灾变特性以及耐火性能关关键技术参数键技术参数缺乏系统的研究缺乏系统的研究；（3 3）该结构形式）该结构形式能否安全应用能否安全应用于于特长公路隧道火灾下的通风排烟特长公路隧道火灾下的通风排烟迫切迫切需要得到验证需要得到验证。一一 、绪、绪 论论 Introduction1 1、研究背景及意义、研究背景及意义 Research Background and Significance 独立排烟道集中排烟系统横断面图 （1）独立排烟道集中 研究的意义研究的意义(Research Significance)：本课题本课题开创性地开创性地开展排烟道顶隔板结构开展排烟道顶隔板结构耐火性能试验耐火性能试验研究，研究，填补了填补了集中排烟模式下排烟道顶隔板结构集中排烟模式下排烟道顶隔板结构火灾灾变规律及耐火火灾灾变规律及耐火性能关键技术参数性能关键技术参数研究的研究的空白空白，获得了高温，获得了高温-荷载耦合作用下的荷载耦合作用下的顶隔板、牛腿的顶隔板、牛腿的温度场分布规律，受力、变形性能，以及剩余温度场分布规律，受力、变形性能，以及剩余承载力、损伤特性和安全性承载力、损伤特性和安全性等关键技术参数，为集中排烟模式等关键技术参数，为集中排烟模式系统结构的系统结构的抗火设计、火灾中的损伤和安全性分析评估抗火设计、火灾中的损伤和安全性分析评估提供重提供重要技术依据，对有显著排烟优越性的集中排烟模式的要技术依据，对有显著排烟优越性的集中排烟模式的推广应用推广应用具有重要作用。具有重要作用。1 1、研究背景及意义、研究背景及意义 Research Background and Significance 一一 、绪、绪 论论 Introduction 研究的意义(Research Significance)2 2、排烟道顶隔板结构、排烟道顶隔板结构 Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct 隧道在设置排烟道顶隔板结构前已经完成了二衬结构施隧道在设置排烟道顶隔板结构前已经完成了二衬结构施工，采用植筋法现浇牛腿结构，则整个结构应包括工，采用植筋法现浇牛腿结构，则整个结构应包括顶隔板、顶隔板、牛腿、二衬和植筋连接部位牛腿、二衬和植筋连接部位。一一 、绪、绪 论论 Introduction2、排烟道顶隔板结构 隧道在设置排烟道顶隔板结构前已经3 3、耐火性能试验研究、耐火性能试验研究的的主要内容主要内容 Main Contents of Experimental Study on Fire-resistant （1 1）研究在）研究在高温高温-荷载耦合作用荷载耦合作用下下顶隔板顶隔板的的温度场温度场分布规律，分析其分布规律，分析其受受力、变形性能力、变形性能，测试顶隔板在火灾情况下的，测试顶隔板在火灾情况下的承载力变化规律承载力变化规律；（2 2）研究在）研究在HCHC升温曲线升温曲线下，顶隔板与二次衬砌的连接部位（下，顶隔板与二次衬砌的连接部位（牛腿牛腿）内）内部的部的温度传递机制温度传递机制；测试牛腿植筋在火灾情况下的；测试牛腿植筋在火灾情况下的受力、变形特点受力、变形特点，分析，分析连接处的连接处的安全状态安全状态；（3 3）验证）验证植筋胶植筋胶在高温下的在高温下的性能指标衰变规律性能指标衰变规律；（4 4）通过）通过有、无防火涂料保护有、无防火涂料保护的对比试验，评价的对比试验，评价防火保护层防火保护层在火灾中在火灾中起到的起到的延缓温度传递延缓温度传递的作用，评估的作用，评估掺加聚丙烯纤维及含水率掺加聚丙烯纤维及含水率对混凝土耐高对混凝土耐高温性能的影响；温性能的影响；（5 5）分析在耐火）分析在耐火2h2h时的时的极限承载力极限承载力，评估，评估顶隔板的安全性顶隔板的安全性。一一 、绪、绪 论论 Introduction3、耐火性能试验研究的主要内容（1）研究在高温-荷载耦合作用（1 1）顶隔板顶隔板耐火性能试验耐火性能试验（2 2）牛腿牛腿耐火性能试验耐火性能试验（3 3）含湿量含湿量对混凝土高温性能影响试验对混凝土高温性能影响试验（4 4）植筋试块植筋试块高温拉拔试验高温拉拔试验二、试验研究概况二、试验研究概况 排烟道顶隔板结构耐火性能试验研究排烟道顶隔板结构耐火性能试验研究分为四大部分的试验内容：分为四大部分的试验内容：Survey of Experimental StudyFire-resistant Experiment of Roof Spacer StructureFire-resistant Experiment of Corbel StructureExperiment of Humidity Content Influence on Fire-resistant of Concrete SpecimenPullout Strength Experiment of Bonded Rebar Specimens under High Temperature（1）顶隔板耐火性能试验（2）牛腿耐火性能试验（3）含湿量对（1）顶隔板耐火性能试验顶隔板耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Roof Spacer Structure 顶隔板耐火性能试验工况顶隔板耐火性能试验工况二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（1）顶隔板耐火性能试验顶隔板耐火性能试验工况二、试验研究概掺加聚丙烯纤维掺加聚丙烯纤维热电偶测试热电偶测试二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（1）顶隔板耐火性能试验顶隔板耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Roof Spacer Structure 掺加聚丙烯纤维热电偶测试二、试验研究概况Survey of 钢筋及热电偶钢筋及热电偶顶隔板浇注顶隔板浇注二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（1）顶隔板耐火性能试验顶隔板耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Roof Spacer Structure 钢筋及热电偶顶隔板浇注二、试验研究概况Survey of E顶隔板试件顶隔板试件二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（1）顶隔板耐火性能试验顶隔板耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Roof Spacer Structure 顶隔板试件二、试验研究概况Survey of Experim（2）牛腿耐火性能试验牛腿耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Corbel Structure牛腿耐火性能试验工况牛腿耐火性能试验工况二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（2）牛腿耐火性能试验牛腿耐火性能试验工况二、试验研究概况S植筋钻孔植筋钻孔浇注牛腿及衬砌浇注牛腿及衬砌二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（2）牛腿耐火性能试验牛腿耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Corbel Structure植筋钻孔浇注牛腿及衬砌二、试验研究概况Survey of E牛腿配筋牛腿配筋植筋植筋二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（2）牛腿耐火性能试验牛腿耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Corbel Structure牛腿配筋植筋二、试验研究概况Survey of Experi喷涂防火涂料、试件成形喷涂防火涂料、试件成形连接连接二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（2）牛腿耐火性能试验牛腿耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Corbel Structure喷涂防火涂料、试件成形连接二、试验研究概况Survey of试件成形试件成形二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（2）牛腿耐火性能试验牛腿耐火性能试验 Fire-resistant Experiment of Corbel Structure试件成形二、试验研究概况Survey of Experime（3）含湿量对混凝土高温性能影响的试验含湿量对混凝土高温性能影响的试验 Experiment of Humidity Content Influence on Fire-resistant of Concrete混凝土试块混凝土试块水中养护水中养护二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（3）含湿量对混凝土高温性能影响的试验混凝土试块水中养护二、潮湿环境中养护潮湿环境中养护干燥环境中养护干燥环境中养护二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（3）含湿量对混凝土高温性能影响的试验含湿量对混凝土高温性能影响的试验 Experiment of Humidity Content Influence on Fire-resistant of Concrete潮湿环境中养护干燥环境中养护二、试验研究概况Survey o（4）植筋试件高温拉拔试验植筋试件高温拉拔试验 Pullout Strength Experiment of Bonded Rebar Specimens under High Temperature植筋用混凝土试块植筋用混凝土试块植筋后植筋后二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（4）植筋试件高温拉拔试验植筋用混凝土试块植筋后二、试验研究不同工况破坏时植筋形态不同工况破坏时植筋形态二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（4）植筋试件高温拉拔试验植筋试件高温拉拔试验 Pullout Strength Experiment of Bonded Rebar Specimens under High Temperature不同工况破坏时植筋形态二、试验研究概况Survey of E（5）顶隔板双面受火实现顶隔板双面受火实现 Implementation of Experiment Fired by Both Surfaces(Roof Spacer Structure)顶隔板加载顶隔板加载加盖防火板加盖防火板二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（5）顶隔板双面受火实现顶隔板加载加盖防火板二、试验研究概况（6）牛腿双面受火实现牛腿双面受火实现 Implementation of Experiment Fired by Both Surfaces(Corbel Structure)牛腿吊装牛腿吊装加载、盖防火板加载、盖防火板二、试验研究概况二、试验研究概况Survey of Experimental Study（6）牛腿双面受火实现牛腿吊装加载、盖防火板二、试验研究概况三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究受火受火2h后顶隔板内温度场分布规律后顶隔板内温度场分布规律Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 1、顶隔板温度场分布规律、顶隔板温度场分布规律 Temperature Distribution of Roof Spacer Structure 三、顶隔板耐火性能试验研究受火2h后顶隔板内温度场分布规律E 在各工况下顶隔板温度沿厚度方向在各工况下顶隔板温度沿厚度方向呈非线性分布呈非线性分布，下下部区域部区域温度最高，温度最高，上部和中部区域上部和中部区域温度相差不大，比温度相差不大，比下部下部区域低区域低200200左右左右，随受火温度的递减，沿厚度方向各温度，随受火温度的递减，沿厚度方向各温度也随之递减，且递减梯度基本相同。也随之递减，且递减梯度基本相同。三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究1、顶隔板温度场分布规律、顶隔板温度场分布规律 Temperature Distribution of Roof Spacer Structure Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 在各工况下顶隔板温度沿厚度方向呈非线性分布，下部区域受火受火2h后顶隔板内挠度变化规律后顶隔板内挠度变化规律三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 2、顶隔板受火、顶隔板受火2h挠度变化规律挠度变化规律 Deflection of Roof Spacer Structure after Two Hours Fire 受火2h后顶隔板内挠度变化规律三、顶隔板耐火性能试验研究Ex 顶隔板试件在荷载和温度作用下发顶隔板试件在荷载和温度作用下发生生先下后上的变形先下后上的变形，即各工况均是先发，即各工况均是先发生向下位移，随着受火时间增加持续发生向下位移，随着受火时间增加持续发生向上的位移，生向上的位移，且发生位移的速率与受且发生位移的速率与受火温度有关，温度越高，速率越快火温度有关，温度越高，速率越快。三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究2、顶隔板受火、顶隔板受火2h挠度变化规律挠度变化规律 Deflection of Roof Spacer Structure after Two Hours Fire Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 顶隔板试件在荷载和温度作用下发生先下后上的变受火受火2h后顶隔板混凝土强度损伤变化规律后顶隔板混凝土强度损伤变化规律三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 3、火灾后混凝土强度损伤程度、火灾后混凝土强度损伤程度 Strength Damage Degree of Concrete after Fire 受火2h后顶隔板混凝土强度损伤变化规律三、顶隔板耐火性能试验 各工况下强度均有折减，在三个大测区中，由于距各工况下强度均有折减，在三个大测区中，由于距下表面下表面5cm5cm处温度最高处温度最高，所以此处强度，所以此处强度损伤得最为严重损伤得最为严重。距。距下表面下表面15cm15cm处与处与距下表面距下表面10cm10cm处处的受火温度相差不大，故此两区域剩余强度接近，的受火温度相差不大，故此两区域剩余强度接近，中间区域强度略低于上部区域。中间区域强度略低于上部区域。超声回弹检测超声回弹检测三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 3、火灾后混凝土强度损伤程度、火灾后混凝土强度损伤程度 Strength Damage Degree of Concrete after Fire 各工况下强度均有折减，在三个大测区中，由于距下表面5 工况工况温度越高温度越高，高温后的顶隔板整体，高温后的顶隔板整体强度降低越大强度降低越大。HCHC标准升温曲线标准升温曲线受火受火2h2h后，顶隔板后，顶隔板剩余强度剩余强度与常温的比值与常温的比值平均为平均为26%26%；在在900900恒温恒温受火受火2h2h后，顶隔板后，顶隔板剩余强度剩余强度与常温的比值与常温的比值平均为平均为36%36%；在在800800恒温恒温受火受火2h2h后，顶隔板后，顶隔板剩余强度剩余强度与常温的比值与常温的比值平均为平均为51%51%；在在700700恒温恒温受火受火2h2h后，顶隔板后，顶隔板剩余强度剩余强度与常温的比值与常温的比值平均为平均为63%63%。可见，可见，700700以上以上的高温对顶隔板的高温对顶隔板强度的消弱是很大的强度的消弱是很大的。火灾后顶隔板剩余强度火灾后顶隔板剩余强度-温度曲线温度曲线拟合得到火灾后顶隔板剩余强度随温度变化公式为：拟合得到火灾后顶隔板剩余强度随温度变化公式为：三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究3、火灾后混凝土强度损伤程度、火灾后混凝土强度损伤程度 Strength Damage Degree of Concrete after Fire Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 工况温度越高，高温后的顶隔板整体强度降低越大。火灾后受火受火2h后顶隔板承载力损伤汇总表后顶隔板承载力损伤汇总表三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 4、火灾后顶隔板承载力损失程度、火灾后顶隔板承载力损失程度 Capacity Damage Degree of Roof Spacer Structure after Fire 受火2h后顶隔板承载力损伤汇总表三、顶隔板耐火性能试验研究E 火灾后顶隔板承载力损失与受火温度呈非线性关系，火灾后顶隔板承载力损失与受火温度呈非线性关系，经受经受HCHC曲线、曲线、900900恒温、恒温、800800恒温和恒温和700700恒温恒温作用作用2h2h后后剩余承载力分别为常温的剩余承载力分别为常温的24%24%、50%50%、75%75%和和76%76%。三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究4、火灾后顶隔板承载力损失程度、火灾后顶隔板承载力损失程度 Capacity Damage Degree of Roof Spacer Structure after Fire Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 火灾后顶隔板承载力损失与受火温度呈非线性关系，经受H不同工况下构件荷载不同工况下构件荷载-挠度曲线对比挠度曲线对比三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 5、火灾后顶隔板承载力破坏形态及刚度变化、火灾后顶隔板承载力破坏形态及刚度变化 Failure Mode and Stiffness of Roof Spacer Structure after Fire 不同工况下构件荷载-挠度曲线对比三、顶隔板耐火性能试验研究E 常温下常温下顶隔板构件的荷载顶隔板构件的荷载-挠度曲线由挠度曲线由不开裂弹性、开裂弹性和屈服不开裂弹性、开裂弹性和屈服破坏阶段破坏阶段三个工作阶段构成，三个工作阶段构成，构件为延性破坏构件为延性破坏。高温后高温后顶隔板构件与常温顶隔板构件与常温相比，其刚度有所降低，相比，其刚度有所降低，荷载荷载-挠度曲线不存在不开裂弹性阶段挠度曲线不存在不开裂弹性阶段，承载力，承载力显著下降，高温后构件显著下降，高温后构件静载试验破坏也呈延性破坏静载试验破坏也呈延性破坏。三、顶隔板耐火性能试验研究三、顶隔板耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure 5、火灾后顶隔板承载力破坏形态及刚度变化、火灾后顶隔板承载力破坏形态及刚度变化 Failure Mode and Stiffness of Roof Spacer Structure after Fire 常温下顶隔板构件的荷载-挠度曲线由不开裂弹性、开裂弹性和四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究排烟道牛腿耐火性能试验温度测点编号图排烟道牛腿耐火性能试验温度测点编号图下植筋断面下植筋断面上植筋断面上植筋断面素混凝土衬砌断面素混凝土衬砌断面素混凝土衬砌断面素混凝土衬砌断面下混凝土断面下混凝土断面上混凝土断面上混凝土断面Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 四、牛腿耐火性能试验研究排烟道牛腿耐火性能试验温度测点编号图无防火涂料无防火涂料HC曲线受火两小时后各构件上植筋断面牛腿内温度（曲线受火两小时后各构件上植筋断面牛腿内温度（）无防火涂料防护时，距离受火面无防火涂料防护时，距离受火面58cm58cm、53cm53cm、48cm48cm、43cm43cm和和38cm38cm处，上植筋断面中植筋胶平均温度分别为：处，上植筋断面中植筋胶平均温度分别为：43.4843.48、46.7946.79、53.1653.16、61.2661.26和和68.4368.43。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section无防火涂料HC曲线受火两小时后各构件上植筋断面牛腿内温度（有防火涂料有防火涂料HC曲线受火两小时后各构件上植筋断面牛腿内温度（曲线受火两小时后各构件上植筋断面牛腿内温度（）有防火涂料防护时，距离受火面有防火涂料防护时，距离受火面58cm58cm、53cm53cm、48cm48cm、43cm43cm和和38cm38cm处，上植筋断面中植筋胶平均温度分别为：处，上植筋断面中植筋胶平均温度分别为：38.5038.50、39.8439.84、42.5142.51、46.3646.36和和51.6651.66。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section有防火涂料HC曲线受火两小时后各构件上植筋断面牛腿内温度（无防火涂料受火两小时后各构件下植筋断面牛腿内温度（无防火涂料受火两小时后各构件下植筋断面牛腿内温度（）无防火涂料防护时，距离受火面无防火涂料防护时，距离受火面45cm45cm、40cm40cm、35cm35cm、30cm30cm和和25cm25cm处，下植筋断面中植筋胶平均温度分别为：处，下植筋断面中植筋胶平均温度分别为：58.5558.55、62.1162.11、69.1769.17、74.4574.45和和81.2881.28。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section无防火涂料受火两小时后各构件下植筋断面牛腿内温度（）有防火涂料受火两小时后各构件下植筋断面牛腿内温度（有防火涂料受火两小时后各构件下植筋断面牛腿内温度（）有防火涂料防护时，距离受火面有防火涂料防护时，距离受火面45cm45cm、40cm40cm、35cm35cm、30cm30cm和和25cm25cm处，下植筋断面中植筋胶平均温度分别为：处，下植筋断面中植筋胶平均温度分别为：57.2457.24、61.3661.36、69.0669.06、75.7475.74和和80.4580.45。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section有防火涂料受火两小时后各构件下植筋断面牛腿内温度（）无防火涂料防护无防火涂料防护，上植筋胶处上植筋胶处最高温度为最高温度为68.4368.43，下植筋胶处下植筋胶处最最高温度为高温度为81.2881.28。有防火涂料防护有防火涂料防护，上植筋胶处上植筋胶处最高温度为最高温度为51.6651.66，下植筋胶处下植筋胶处最最高温度为高温度为80.4580.45。结合植筋试块拉拔试验及植筋胶相关性能可知道，结合植筋试块拉拔试验及植筋胶相关性能可知道，植筋胶力学性能植筋胶力学性能满足正常使用要求满足正常使用要求。植筋胶处的温度植筋胶处的温度四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section 无防火涂料防护，上植筋胶处最高温度为68.43，下受火两小时后有无防火涂料构件各断面混凝土温度对比（受火两小时后有无防火涂料构件各断面混凝土温度对比（）X-9、X-9两点温度明显偏高，试验过程中判断为该处混凝土爆裂所致，试验结束后可看到该处有混凝土爆裂、脱落现象。爆裂可能会影响一定深度范围内混凝土温度偏高。无防火涂料防护无防火涂料防护时，牛腿内测点最高温度平均值比时，牛腿内测点最高温度平均值比有防火涂料防护有防火涂料防护时最高温度时最高温度高，证明高，证明防火涂料保护牛腿结构，作用显著防火涂料保护牛腿结构，作用显著。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section受火两小时后有无防火涂料构件各断面混凝土温度对比（）X衬砌内温度对比衬砌内温度对比受火两小时后素混凝土衬砌温度（受火两小时后素混凝土衬砌温度（）HC HC曲线作用曲线作用2h2h后隧道衬砌后隧道衬砌内温度场分布：距离受火面内温度场分布：距离受火面30cm30cm、25cm25cm、20cm20cm、15cm15cm、10cm10cm和和5cm5cm处，衬砌内平均温处，衬砌内平均温度分布为度分布为40.1140.11、47.1147.11、64.5564.55、112.18112.18、207.27207.27和和447.48447.48。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar Section衬砌内温度对比受火两小时后素混凝土衬砌温度（）H 在试验的过程中，当构件内部分测点在试验的过程中，当构件内部分测点温度温度-时间时间曲线出现一明显台阶曲线出现一明显台阶，且距离受火面越远，平台出现，且距离受火面越远，平台出现的时间越晚，持续时间越长。的时间越晚，持续时间越长。原因主要有两个，原因主要有两个，一是一是当构件内温度到达当构件内温度到达100100，水分开始蒸发，水分开始蒸发，由于水分蒸发吸收了外界传来的热由于水分蒸发吸收了外界传来的热量，使得温度停止升高量，使得温度停止升高，直到水分蒸发完毕。，直到水分蒸发完毕。二是二是构构件内水分在温度梯度作用下向远离受火面的温度较低件内水分在温度梯度作用下向远离受火面的温度较低处迁移，处迁移，水分移动时也会吸收热量，直到该处干燥为水分移动时也会吸收热量，直到该处干燥为止止，而远离受火面的区域内水分增加，使得该处水分，而远离受火面的区域内水分增加，使得该处水分的蒸发和迁移所需的时间相应增加。的蒸发和迁移所需的时间相应增加。温度平台的存在，使得测点温度呈非线性变化，温度平台的存在，使得测点温度呈非线性变化，降低了构件的最高温度降低了构件的最高温度，也，也延缓了达到混凝土临界破延缓了达到混凝土临界破坏温度的时间坏温度的时间。从这点上讲，。从这点上讲，如果能避免构件的爆裂如果能避免构件的爆裂，构件内较大含水量对抗火性能是有利的。构件内较大含水量对抗火性能是有利的。混凝土测试面下测试孔温度变化规律混凝土测试面下测试孔温度变化规律下植筋断面牛腿内温度分布规律下植筋断面牛腿内温度分布规律四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究1、植筋断面温度场分布规律、植筋断面温度场分布规律 Temperature Distribution of Bonded Rebar SectionExperimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 在试验的过程中，当构件内部分测点温度-时间曲线出现一 高温下各牛腿植筋位移测点位移高温下各牛腿植筋位移测点位移 植筋钢筋与衬砌的相对位移植筋钢筋与衬砌的相对位移均为均为0 0，没有滑移，说明，没有滑移，说明HCHC曲线作曲线作用用2h2h后后植筋胶处于植筋胶处于正常工作状态，正常工作状态，植筋胶力学性能植筋胶力学性能满足正常使用要满足正常使用要求，求，牛腿结构牛腿结构处于安全状态。处于安全状态。受火过程中受火过程中四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 2、受火过程中结构的安全状态、受火过程中结构的安全状态 Corbel Structure Safety State under Fire 高温下各牛腿植筋位移测点位移 植筋钢筋与衬砌的相对位 在集中补偿荷载和火灾在集中补偿荷载和火灾高温共同作用下，排烟道植高温共同作用下，排烟道植筋牛腿构件无论是否采取防筋牛腿构件无论是否采取防火保护措施均不会发生垮塌火保护措施均不会发生垮塌构件构件处于安全状态处于安全状态。受火过程中受火过程中四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究2、受火过程中结构的安全状态、受火过程中结构的安全状态 Corbel Structure Safety State under Fire Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 在集中补偿荷载和火灾高温共同作用下，排烟道植3、受火后结构的安全状态、受火后结构的安全状态 Corbel Structure Safety State after Fire 牛腿构件受火后，牛腿构件受火后，有防火有防火涂料保护涂料保护时，构件时，构件承载力损失承载力损失26%左右左右，无防火涂料保护无防火涂料保护时，时，构件构件承载力损失承载力损失40%左右左右，但，但由于牛腿构件本身的承载力较由于牛腿构件本身的承载力较高，牛腿部位即使没有防火涂高，牛腿部位即使没有防火涂料保护，受火后剩余承载力仍料保护，受火后剩余承载力仍远远大于正常使用荷载远远大于正常使用荷载。植筋无位移。植筋无位移。牛腿构件处于牛腿构件处于安全安全状态。状态。受火后受火后四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 3、受火后结构的安全状态 牛腿构件受火后，有防4、牛腿外形所暴露出的问题、牛腿外形所暴露出的问题 The Shape Problem of Corbel Structure 由于由于牛腿形状牛腿形状的原因，火灾时牛腿的原因，火灾时牛腿处于多面受火状态，处于多面受火状态，下受火表面突出部下受火表面突出部位有较严重的混凝土剥落现象位有较严重的混凝土剥落现象，该部位，该部位混凝土的混凝土的爆裂与牛腿外形爆裂与牛腿外形有关，有关，建议改建议改进牛腿形状及配筋设置进牛腿形状及配筋设置。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 4、牛腿外形所暴露出的问题 由于牛腿形状的原因 牛腿外形原设计图牛腿外形原设计图 建议的牛腿外形建议的牛腿外形 四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究4、牛腿外形所暴露出的问题、牛腿外形所暴露出的问题 The Shape Problem of Corbel StructureExperimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 牛腿外形原设计图 建议的牛腿外形 四、牛腿耐火性能试验研 顶隔板构件顶隔板构件掺加聚丙烯纤维掺加聚丙烯纤维，受火灾高温作用后，顶隔，受火灾高温作用后，顶隔板出现许多烧损裂缝，但板出现许多烧损裂缝，但没有大面积爆裂剥落现象没有大面积爆裂剥落现象，说明，说明聚聚丙烯纤维有较好的改善混凝土爆裂的作用。丙烯纤维有较好的改善混凝土爆裂的作用。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 5、掺加聚丙烯纤维对混凝土高温爆裂性能的影响、掺加聚丙烯纤维对混凝土高温爆裂性能的影响 Influence of Containing Polypropylene Fibers on Concrete Spalling under High Temperature 顶隔板构件掺加聚丙烯纤维，受火灾高温作用后，5、掺加聚丙烯纤维对混凝土高温爆裂性能的影响、掺加聚丙烯纤维对混凝土高温爆裂性能的影响 Influence of Containing Polypropylene Fibers on Concrete Spalling under High Temperature 隧道衬砌混凝土隧道衬砌混凝土没有掺加聚丙烯纤维没有掺加聚丙烯纤维，混凝土严重剥落，混凝土严重剥落，剥落面积达到受火面积剥落面积达到受火面积1/31/3以上，爆裂非常严重以上，爆裂非常严重，试验过程，试验过程中混凝土内温度呈现突然增大现象，表明中混凝土内温度呈现突然增大现象，表明聚丙烯能显著改善聚丙烯能显著改善混凝土的抗爆裂性能。混凝土的抗爆裂性能。四、牛腿耐火性能试验研究四、牛腿耐火性能试验研究Experimental Study on Fire-resistant of Corbel Structure 5、掺加聚丙烯纤维对混凝土高温爆裂性能的影响 隧道衬砌五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究 顶隔板构件在两端均和支座形成面接触，接触处无粘结力只能受压不顶隔板构件在两端均和支座形成面接触，接触处无粘结力只能受压不能受拉，在构件端部添加能受拉，在构件端部添加Link10Link10单元，并通过定义选项使其只能受压不能单元，并通过定义选项使其只能受压不能受拉，较好的模拟了支座的实际支撑条件。受拉，较好的模拟了支座的实际支撑条件。顶隔板有限元模型建立顶隔板有限元模型建立混凝土模型混凝土模型钢筋模型钢筋模型1、建模、建模(Numerical Simulation Modeling)Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究 顶隔板构件在1、建模、建模(Numerical Simulation Modeling)牛腿有限元模型建立牛腿有限元模型建立混凝土模型混凝土模型钢筋模型钢筋模型五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct1、建模(Numerical Simulation Mode2、数值模拟与试验结果对比、数值模拟与试验结果对比 Results Comparison Between Numerical Simulation and Experiment顶隔板顶隔板 顶隔板各工况下试验值与模拟值顶隔板各工况下试验值与模拟值吻合较好吻合较好，误差不大误差不大，证明数值模拟，证明数值模拟结果可靠结果可靠。高温后顶隔板剩余承载力试验值与模拟值对比高温后顶隔板剩余承载力试验值与模拟值对比 900 顶隔板跨中位移试验值与模拟值对比五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct2、数值模拟与试验结果对比顶隔板 顶隔板各工况下试验值牛腿牛腿 高温后牛腿剩余承载力试验值与模拟值对比高温后牛腿剩余承载力试验值与模拟值对比有防火涂料上植筋断面温度场对比有防火涂料上植筋断面温度场对比有防火涂料下植筋断面温度场对比有防火涂料下植筋断面温度场对比 牛腿各工况下试牛腿各工况下试验结果与数值模拟验结果与数值模拟结果规律吻合较好，结果规律吻合较好，误差比较小误差比较小，结果，结果较准确。较准确。五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究2、数值模拟与试验结果对比、数值模拟与试验结果对比 Results Comparison Between Numerical Simulation and ExperimentNumerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct牛腿 高温后牛腿剩余承载力试验值与模拟值对比有防火涂料上植筋挠度变化规律挠度变化规律HC曲线下竖向位移-时间曲线 实际工程尺寸的顶隔板高温实际工程尺寸的顶隔板高温下，几乎没有发生向下的竖向位下，几乎没有发生向下的竖向位移，在经过短暂的几分钟后，顶移，在经过短暂的几分钟后，顶隔板因为受热膨胀开始往上拱，隔板因为受热膨胀开始往上拱，上拱的幅度与受火工况有关。上拱的幅度与受火工况有关。在在HCHC标准升温曲线、标准升温曲线、900900恒恒温、温、800800恒温和恒温和700700恒温恒温下两下两小时，顶隔板向上拱最大值分别小时，顶隔板向上拱最大值分别可以达到可以达到155mm155mm、120mm120mm、100mm100mm和和70mm70mm。五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究3、全尺寸顶隔板数值模拟研究、全尺寸顶隔板数值模拟研究 Numerical Simulation Study on Full-scale Roof Spacer Structure Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct挠度变化规律HC曲线下竖向位移-时间曲线 实际工程尺寸3、全尺寸顶隔板数值模拟研究、全尺寸顶隔板数值模拟研究 Numerical Simulation Study on Full-scale Roof Spacer Structure 剩余承载力变化规律剩余承载力变化规律火灾后顶隔板剩余承载力-温度曲线 400400以下以下，顶隔板的承载，顶隔板的承载力力损失很低损失很低，当温度，当温度超过超过400400时时，顶隔板的，顶隔板的承载力开始大幅度承载力开始大幅度降低降低。温度。温度超过超过700700时时，顶隔，顶隔板板剩余承载力降低约剩余承载力降低约50%50%，当温，当温度达到度达到10001000时，顶隔板承载力时，顶隔板承载力只只剩下剩下20%20%左右左右。五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct3、全尺寸顶隔板数值模拟研究剩余承载力变化规律火灾后顶隔板剩4、火灾后损伤等级评定标准、火灾后损伤等级评定标准 Damage Grade Evaluation Standard after Fire 参考参考火灾后建筑结构鉴定标准火灾后建筑结构鉴定标准（CECS252CECS252：20092009）、）、火灾后混凝土构件评定标准火灾后混凝土构件评定标准（DBJ08-219-96DBJ08-219-96），对火灾），对火灾后顶隔板进行损伤等级评定。将火灾后顶隔板后顶隔板进行损伤等级评定。将火灾后顶隔板损伤程度分为损伤程度分为四级（四级（A A级、级、B B级、级、C C级、级、D D级），级），其中其中C C级与级与D D级需进行灾后加级需进行灾后加固修复工作。固修复工作。火灾后顶隔板损伤程度分级（火灾后顶隔板损伤程度分级（A A级、级、B B级、级、C C级、级、D D级），级），按火灾后按火灾后剩余承载能力剩余承载能力、火灾后构件、火灾后构件裂缝情况裂缝情况、火灾后构件、火灾后构件变形情况变形情况三个子项目进行鉴定分析，三个子项目进行鉴定分析，分别评定每项的安全等分别评定每项的安全等级（级（a a级、级、b b级、级、c c级、级、d d级），级），并取其中最低一级作为顶隔板并取其中最低一级作为顶隔板损伤程度等级。损伤程度等级。五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct4、火灾后损伤等级评定标准 参考火灾后建筑结构鉴定标5、火灾后顶隔板损伤程度评定、火灾后顶隔板损伤程度评定 Damage Grade Evaluation of Roof Spacer Structure after Fire 根据顶隔板不同工况下剩余承载力、裂缝和变形的研究结果，以及根据顶隔板不同工况下剩余承载力、裂缝和变形的研究结果，以及评定标准，不同工况下顶隔板损伤程度等级评定如下表所示。评定标准，不同工况下顶隔板损伤程度等级评定如下表所示。五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct5、火灾后顶隔板损伤程度评定 根据顶隔板不同工况下剩余6、加固范围研究、加固范围研究(Damage Reinforce Range Study)火灾后火灾后顶隔板加固范围顶隔板加固范围研究依据研究依据稳定性稳定性与与灾后损伤程度等级判定灾后损伤程度等级判定两两方面判定。结合顶隔板结构耐火性能的研究成果得到：方面判定。结合顶隔板结构耐火性能的研究成果得到：受火温度受火温度600600时，顶隔板需要考虑修复。时，顶隔板需要考虑修复。无通风排烟时火灾下顶隔板加固范围无通风排烟时火灾下顶隔板加固范围有通风排烟时火灾下顶隔板加固范围有通风排烟时火灾下顶隔板加固范围五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究五、排烟道顶隔板结构耐火性能数值模拟研究Numerical Simulation Study on Fire-resistant of Roof Spacer Structure of Smoke Exhaust Duct6、加固范围研究(Damage Reinforce Rang1、试验方案及工况、试验方案及工况(Experimental Scheme)研研究究表表明明，当当混混凝凝土土中中的的水水分分超超过过总总质质量量的的3%3%时时，火火灾灾作作用用下下混混凝凝土土中中的的水水变变为为水水蒸蒸气气将将膨膨胀胀17001700倍倍，对对结结构构产产生生巨巨大大的的压压力力，也也是是火火灾灾下下隧隧道道结结构构发发生