CN110823149A - 确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法 - Google Patents

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陈建忠
曹鹏
吴梦军
胡学兵
郭鸿雁
宋神友
张琦
刘帅
陈越
夏杨于雨
陈俊涛
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Abstract

本发明涉及一种确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，属于安全工程实验技术领域。该方法包括：S1：建立截面尺寸较厚的试验构件；S2：沿试验构件内部不同位置布置多个温度传感器；S3：将试验构件水平放置于耐火试验炉上方，使试验构件单面受火状态，监测温度传感器采集的温度数据；S4：根据采集的温度数据，分析同一深度时试验构件内部、横向隔板和纵向隔板位置处温度的差异性，根据横、纵向隔板对构件内部温度传递规律的影响，最终确定出RABT曲线下温度沿构件截面方向传递的最大深度，从而确定水中通道钢壳沉管隧道管节结构耐火试验构件的截面尺寸。

Description

确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法
技术领域
本发明属于安全工程实验技术领域，涉及一种确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法。
背景技术
钢壳沉管隧道管节结构较为复杂，其外部钢壳同时具有防水和承重两个功能，因此钢壳的稳定性及耐久性对于隧道整体结构安全具有重要意义。海底沉管隧道由于其长大体型、海洋和江河环境、深水条件等原因，使得其一旦发生火灾，后果往往较陆上交通隧道更为严重，修复也极为困难。随着沉管隧道建设热潮的兴起，加强沉管隧道防灾基础理论研究是眼下当务之急。
根据既有研究成果，由于混凝土材料的热惰性，温度在厚度约30cm处衰减为常温条件。根据港珠澳沉管隧道结构耐火保护试验成果，试验构件截面尺寸为70cm，试验未发生构件背面串火现象，考虑港珠澳沉管隧道为钢筋混凝土结构，而钢壳混凝土结构中钢板耐火性能较为敏感，因此需采取相应试验方法确定钢壳沉管隧道管节结构耐火极限试验构件截面尺寸。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，用于确定在不同火灾升温曲线下构件温度沿截面方向传递的最大深度，并根据最大深度确定最终试验构件尺寸。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，具体包括以下步骤：
S1：建立截面尺寸较厚的试验构件；
S2：沿试验构件内部不同位置布置多个温度传感器；
S3：将试验构件水平放置于耐火试验炉上方，使试验构件单面受火状态，监测温度传感器采集的温度数据；
S4：根据采集的温度数据，分析同一深度时试验构件内部、横向隔板和纵向隔板位置处温度的差异性，根据横、纵向隔板对构件内部温度传递规律的影响，最终确定出RABT曲线下温度沿构件截面方向传递的最大深度，从而确定水中通道钢壳沉管隧道管节结构耐火试验构件的截面尺寸。
进一步，所述步骤S1中，建立截面尺寸较厚的试验构件具体步骤为：先确定试验构件截面型式，然后确定试验构件跨径，最后确定试验构件尺寸。
进一步，试验构件内有内侧钢板、横向隔板和纵向隔板，混凝土浇筑在试验构件内部。
进一步，所述试验构件总长为1m，宽为1m，高为0.8m。
进一步，所述内侧钢板厚度为30mm，钢材采用Q420B。
进一步，所述横、纵向隔板厚度为12mm，钢材采用Q390B。
进一步，所述步骤S2中，所述步骤S2中，沿试验构件厚度方向在横向隔板、纵向隔板及混凝土段分别按梯度布置温度传感器，在同一厚度平面上，均匀等距布置温度传感器。
进一步，所述按梯度布置温度传感器具体为：在靠近受火面温度传感器布置较为密集，随着深度的增大，温度传感器布置变稀疏。
进一步，试验过程中监测温度随不同结构位置(纵、横向隔板和混凝土段)的传递规律，根据最大传递深度确定结构尺寸。
本发明的有益效果在于：本发明首先针对钢壳沉管隧道管节结构的特征，建立截面尺寸较厚的试验构件(80cm)，对其进行耐火极限试验，同时在构件内部不同位置布置温度传感器，监测不同位置、不同材料对温度传递规律的影响，确定在不同火灾升温曲线下构件温度沿截面方向传递的最大深度，并根据最大深度确定最终试验构件尺寸。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明实施例走采用温度试验构件平面图；
图2为图1的B-B侧视图；
图3为图1的A-A侧视图；
图4为温度传感器布置在试验构件内的平面示意图；
图5为温度传感器布置在试验构件内的剖面示意图；
图6为试验构件立体效果图。
附图标记：1-横向隔板，2-纵向隔板，3-内侧钢板，4-纵肋，5-横向短钢板，6-混凝土，7-温度传感器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图6，为一种确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，具体包括以下步骤：
S1：建立截面尺寸较厚的试验构件。
针对试验研究对象，模型必须反映钢壳混凝土结构的几何特征、构造特点和力学特点，因此先确定构件截面型式，之后确定构件跨径，进而确定试验构件尺寸。如图1～3所示，试验构件总长为L1＝1m，宽L2＝1m，高为h＝0.8m。试验构件内侧钢板3的厚度h1＝30mm，钢材采用Q420B；横向隔板1和纵向隔板2的厚度均为12mm，钢材采用Q390B；其余钢材采用Q345B；混凝土强度为C50。横向短钢板5之间的间距L5＝250mm，其宽度为h2＝150mm，横向隔板1之间的间距L5＝250mm，纵向隔板2之间的间距L6＝500mm，纵肋之间的间距L4＝250mm。
S2：沿试验构件内部不同位置布置多个温度传感器。
沿试验构件厚度方向在横向隔板、纵向隔板及混凝土段分别按梯度布置温度传感器，梯度布置如图5所示；在同一厚度平面上，均匀等距布置温度传感器，如图4所示。
S3：将试验构件水平放置于耐火试验炉上方，使试验构件单面受火状态，监测温度传感器采集的温度数据。
S4：根据采集的温度数据，分析同一深度时试验构件内部、横向隔板和纵向隔板位置处温度的差异性，根据横、纵向隔板对构件内部温度传递规律的影响，最终确定出RABT曲线下温度沿构件截面方向传递的最大深度，从而确定水中通道钢壳沉管隧道管节结构耐火试验构件的截面尺寸。
具体分析过程为：试验过程中监测温度随不同结构位置(纵、横向隔板、混凝土段)的传递规律，根据最大传递深度确定结构尺寸。示例如下：
如图6所示，在同一深度(假设为60cm)在纵向隔板、横向隔板和混凝土段布置的温度传感器，分析试验过程中三个监测点的数据，发现整个试验过程中温度均未发生变化，说明构件在受火过程中，温度未传递至60cm处。同理分析深度50cm处，发现纵向隔板(或横向隔板、混凝土)处温度在试验受火过程中温度发生了变化，说明温度已经传递至50cm处，此时可以确定构件尺寸厚度选60cm时已经满足试验要求。
同时对于同一深度下，可以对比横、纵向隔板、混凝土段的温度传递规律，分析不同结构型式对温度传递规律的影响。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：建立截面尺寸较厚的试验构件；
S2：沿试验构件内部不同位置布置多个温度传感器；
S3：将试验构件水平放置于耐火试验炉上方，使试验构件单面受火状态，监测温度传感器采集的温度数据；
S4：根据采集的温度数据，分析同一深度时试验构件内部、横向隔板和纵向隔板位置处温度的差异性，根据横、纵向隔板对构件内部温度传递规律的影响，最终确定出RABT曲线下温度沿构件截面方向传递的最大深度，从而确定水中通道钢壳沉管隧道管节结构耐火试验构件的截面尺寸。
2.根据权利要求1所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立截面尺寸较厚的试验构件具体步骤为：先确定试验构件截面型式，然后确定试验构件跨径，最后确定试验构件尺寸。
3.根据权利要求2所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，试验构件内有内侧钢板、横向隔板和纵向隔板，混凝土浇筑在试验构件内部。
4.根据权利要求3所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，所述试验构件总长为1m，宽为1m，高为0.8m。
5.根据权利要求3所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，所述内侧钢板厚度为30mm，钢材采用Q420B。
6.根据权利要求3所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，所述横、纵向隔板厚度为12mm，钢材采用Q390B。
7.根据权利要求1所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述步骤S2中，沿试验构件厚度方向在横向隔板、纵向隔板及混凝土段分别按梯度布置温度传感器，在同一厚度平面上，均匀等距布置温度传感器。
8.根据权利要求7所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，所述按梯度布置温度传感器具体为：在靠近受火面温度传感器布置较为密集，随着深度的增大，温度传感器布置变稀疏。
9.根据权利要求7所述的确定钢壳沉管管节结构耐火极限试验构件截面尺寸的方法，其特征在于，试验过程中监测温度随纵、横向隔板和混凝土段的传递规律，根据最大传递深度确定结构尺寸。
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