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摘要
为了研究不同车辆火灾规模下大跨径双层悬索桥的抗火性能，以主跨2 180 m的特大跨径双层悬索桥为研究对象，首先利用火灾动力学软件FDS建立悬索桥热分析模型，研究不同火源功率、火源位置、环境风向等因素对双层悬索桥的温度分布规律的影响，得到悬索桥关键构件温度-时间关系曲线。然后，利用有限元软件ABAQUS开展双层悬索桥热-力耦合数值仿真分析，选取高温下钢材及高强钢丝热工参数，研究悬索桥吊杆、加劲梁、桥面板的高温力学性能时变特征，对比不同环境风速、桁架高度、火源特性及位置等工况下双层悬索桥结构应力、变形及构件损伤行为，确定特大跨径双层悬索桥抗火关键部位及其耐火需求。最后，基于数值模拟结果，初步提出了双层悬索桥结构防火设计建议。结果表明：受火桥段的应力发展及失效位置与火源位置、功率及环境风向密切相关。当车辆起火位置位于桥梁下层时，由于桥面铺装隔热作用，下层结构受火灾影响较小。而热气流致使上部结构温度明显高于下部，火源附近的上层纵横梁、桥面板和吊杆等构件温度快速上升。由于钢材热膨胀效应，导致构件快速升温膨胀，膨胀时受到周围杆件的限制，导致压应力逐步增加。（1）火源位置：当火源位于横桥向中间车道，高应力区域集中在非机动车道上层纵横梁及桥面板。当火源位于横桥向非机动车道时，火源附近的上层桥面板发生强度破坏。（2）火源功率：随着火源功率增加，火场对桥梁高温影响效应增强，关键构件温度均逐渐增大，高温影响范围变大。火源功率为30 MW，在6 000 s内未发生强度破坏；火源功率为100 MW，其耐火时间为653 s；火源功率为200MW，其耐火时间为413 s。可以看出，随着火源功率增大，桥梁结构耐火时间显著降低，最大降低可达93.11%。（3）环境风向：当火源位于横桥向应急车道，在外向风作用下，与两侧桁架相连的上层桥面板发生强度破坏；在内向风作用下，非机动车道附近的上层桥面板发生强度破坏。在内向风作用下受火桥段耐火时间为528s，与外向风工况下相比，其耐火时间增加了3.0%。针对车辆火灾下大跨径双层悬索桥，应根据受火结构危险性进行抗火等级划分，并按等级进行分级抗火防护设计。
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