大跨悬索桥吊索抗火性能与新防护结构研究

• 作者: 刘伟庆 宋佳润 李雪红
• 来源期刊: 中国公路学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 桥梁工程 大跨悬索桥 抗火性能 连续断裂 吊索新结构 安全防护
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 桥梁工程|Bridge Engineering
• 页码范围: 222-237
• 页数: 16页
• 分类号: U448.25
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1001-7372.2022.01.020

摘要

为了使造型优美的大跨悬索桥能更好地保持原始设计性能,以获得更长久的安全使用状态,梳理分析了构成索桥吊索危害的最不利火灾工况,构建计算仿真模型,分析吊索极限断裂情况,提出了防护和承重载荷兼顾的新型吊索结构.在分析此方面研究成果的基础上,按照背景可通行的危害标的物选择油罐车火灾燃烧模型,依据试验数据和引用参考确定吊索材料热力学性能函数和火灾源燃烧模型;使用FDS软件建立火灾源火焰燃烧模型,分析不同风速火灾源的温度分布规律,得出风速为14 m·s-1火灾源热释放率300 MW为最不利火灾工况.然后采用STAR-CCM--软件建立吊索热力耦合数值模型,获得吊索火灾高温断面应力随火灾源温度及力载荷的变化关系;构建无层析的复合层材料吊索热力结构耦合模型,分析相同热力条件下单层防护和不同复合层结构厚度吊索力学性能;应用ANSYS软件分析索桥整体结构热力学性能,获得最不利火灾条件下跨中吊索极限断裂条件,以及相邻吊索力学特征,发现跨中相邻吊索断裂根数大于3根,会引起吊索连续断裂并可能引起索桥坍塌的力学状态.最后依据吊索承载与防护相结合的新思想,设计了一种无层析的多效复合层吊索抗火新结构,分析了不同防护层厚度吊索的力学特征变化,指出了吊索芯材料与多效复合层材料的基本结构参数匹配量变关系.