复杂环境下连续弯钢箱梁耐火性能提升方法

交通类火灾严重威胁钢结构桥梁的耐久性和安全性。为提升复杂环境(开放火灾和弯桥荷载)下连续弯钢箱梁的耐火性能,增强钢结构桥梁的安全服役寿命,选取大型立交桥枢纽工程中两跨连续弯钢箱梁为研究对象,通过建立耐火试验验证的钢箱梁与混凝土刚性基层协同工作的数值预测模型,深入揭示开放环境碳氢火灾下传热模式和结构特征耦合的箱梁力学行为演化规律。研究了局部环境火灾作用下结构的高温响应与失效模式,分析了复杂荷载状况、弯曲半径与支座布置方式对连续弯钢箱梁火灾响应行为的影响,提出了复杂环境下连续弯钢箱梁的耐火性能提升方法。研究结果表明:连续弯钢箱梁在火灾下的内外侧挠度差值不断增大,主梁内外侧支座反力的变化呈相反趋势,并且在受火初期支座反力变化程度剧烈;受火区域边缘靠近中支点的底板与腹板严重屈曲从而先形成塑性铰,然后在受火跨跨中形成塑性铰,随即整跨结构发生突然性垮塌;荷载水平的增大会显著缩短其耐火极限,受火前期及时撤离桥上的车辆荷载能够有效地延缓变形发展并且避免结构的突然性垮塌;曲率半径小于200 m会显著加剧连续弯钢箱梁高温下的弯扭耦合效应,增大主梁内外侧挠度差值与内外侧支座反力变化幅度,削弱火灾下结构的整体稳定性能;在钢结构桥梁抗火设计时中支点应设置抗扭支座,常温下支座的布置方式对火灾下连续弯钢箱梁的支座受力状况改善甚微,应在支座与梁端附近增设外部限位装置以防止结构变形过大。研究结论可为提升复杂环境下钢结构桥梁抵抗火灾的能力以及增强安全服役寿命提供设计依据。     

桥梁火灾科学与安全保障技术综述

综述了桥梁结构火灾安全理论与保障技术等方面的研究现状,介绍了国内外桥梁火灾事故出现的频次和发生垮塌的概率,给出了危化品运载车辆等交通工具的安全运营形势和危化品车辆(油轮)致桥梁火灾的危险性,指出了桥梁火灾安全控制新技术的发展方向。分析结果表明：桥梁火灾具有多发性、多样性特点;桥梁火灾安全控制受到许多学者与部门的重视,已开展了部分桥梁结构的火灾试验与抗火防护工作,但桥梁抗火设计规范当前仍处于空白状态;混凝土爆裂行为存在完全随机性,混凝土的高温爆裂是混凝土结构桥梁抗火分析的难点;火灾下预应力混凝土桥梁受剪研究难度大,目前以受弯为主;复杂截面形式钢梁的传热与结构热响应研究较少,远达不到钢结构桥梁智能建造与长寿命安全运维的需求,相关的设计细节、智能防护措施与系统亟待研发;索支承体系桥梁由于结构形式复杂,火灾下构件热膨胀,致其之间相互牵制、相互影响,结构的整体行为中又表现出显著的局部增强效应,其精细化数值预测困难多,而当前研究仅聚焦于构件与连接件或者结构的温度场,结构的整体响应研究欠缺,火灾下索支承体系桥梁的耐火性能与破坏准则是研究的热点与难点;桥梁结构处于开放空间,干扰其火灾监测与预警的因素多,难度大,但重大桥梁火灾安全监测、智能预警、智能防护以及性能增强十分必要,应持续研究;复杂极端环境火灾下桥梁结构的智能防护方法,桥梁结构遭遇复杂突发火情时的智能监测、预警与防护技术亟待形成体系研究;桥梁耐火韧性问题是桥梁火灾科学与安全保障研究的难点,涉及灾时抗火和灾后康复,需深入研究,从而为桥梁全寿命建造与安全运维提供理论依据。