本书针对公路隧道衬砌结构在火灾源、火灾时温度梯度分布、衬砌结构损伤与高温力学行为、火灾后衬砌检测评价方法、安全修复技术、衬砌结构耐火与防火设计等方面开展了系统研究，相关成果构成了本书的基础。本书一方面是考虑在实际可能的火灾场景下，探讨公路隧道衬砌结构体系在高温下的损伤机理和力学特性，为评定公路隧道衬砌结构体系的火灾安全性提供科学依据；另一方面以预防为目的，为防火设计提供符合隧道实际情况的有效的耐火方法，提高我国公路隧道衬砌结构体系的整体耐火能力和火灾安全性。
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第1章 绪论 1
1.1 隧道火灾概述 1
1.1.1 公路隧道火灾回顾 1
1.1.2 隧道火灾的原因 3
1.1.3 隧道火灾的特点 4
1.1.4 隧道火灾的破坏性 5
1.2 国内外研究现状 6
1.2.1 国内外相关的研究组织与机构 6
1.2.2 国内外隧道防火安全研究项目 7
1.2.3 相关标准、规范及导则 9
1.2.4 隧道衬砌结构耐火技术研究现状 10
1.3 隧道衬砌结构耐火技术的现实意义 15
第2章 公路隧道衬砌结构耐火目标 17
2.1 火灾场景定义 17
2.2 标准火灾曲线及其不足 18
2.2.1 标准火灾曲线 18
2.2.2 标准火灾曲线（火灾场景）的不足 20
2.3 基于标准火灾曲线的隧道耐火目标 21
第3章 公路隧道火灾场景设计 26
3.1 公路隧道火灾场景的研究方法 26
3.2 隧道火灾案例研究 28
3.2.1 公路隧道火灾 28
3.2.2 铁路隧道火灾 31
3.2.3 地铁隧道火灾 31
3.2.4 隧道火灾试验 32
3.3 公路隧道火灾场景关键参数的确定 32
3.3.1 火灾升温速率 32
3.3.2 火灾中达到的最高温度 35
3.3.3 火灾持续时间 39
3.3.4 降温阶段的温度变化 40
3.3.5 温度横向分布 41
3.3.6 温度纵向分布 44
3.4 公路隧道火灾场景设计方法 45
3.4.1 基准曲线的定义 45
3.4.2 隧道火灾场景的确定 45
第4章 CFD计算理论与隧道火灾温度场 49
4.1 隧道火灾CFD模拟研究现状 49
4.2 CFD研究的理论基础 49
4.2.1 守恒方程 49
4.2.2 分析模型 50
4.3 隧道火灾CFD求解方法 55
4.3.1 控制方程的通用形式 55
4.3.2 建立离散方程的方法 55
4.3.3 离散方程的基本解法 56
4.4 隧道火灾CFD模拟建模方法 57
4.4.1 计算软件的使用 57
4.4.2 建模中关键参数的处理 57
4.5 利用CFD软件确定火灾场景 59
4.5.1 模型的建立 60
4.5.2 隧道内温度场的分布特征 62
第5章 衬砌结构火灾损伤 72
5.1 衬砌混凝土标准试块高温试验 72
5.1.1 总体试验方案 72
5.1.2 试验具体方案 74
5.1.3 试块高温烧蚀结果 76
5.1.4 总体损伤特征 77
5.1.5 试块烧损等级划分 82
5.2 隧道衬砌的损伤现象及形式 82
5.2.1 衬砌损伤的表观现象 82
5.2.2 衬砌损伤特征与形式 84
5.3 隧道衬砌损伤机理 84
5.3.1 变色 84
5.3.2 开裂 85
5.3.3 烧酥剥落 85
5.3.4 高温爆裂 85
5.3.5 高温后隧道衬砌混凝土的抗渗性能 86
5.3.6 隧道衬砌混凝土力学性能高温劣化 87
5.3.7 火灾高温导致衬砌结构体系内力变化及变形 92
5.4 本章小结 92
第6章 衬砌结构火灾高温力学行为 94
6.1 计算方法与模型 94
6.1.1 公路隧道火灾场景 94
6.1.2 隧道衬砌结构内温度场分布的计算方法 95
6.1.3 材料的热工参数取值 96
6.1.4 混凝土的热物理参数 98
6.1.5 断面尺寸与形式 98
6.1.6 火灾工况 100
6.2 火灾下衬砌结构的温度 101
6.3 火灾下衬砌结构的变形 104
6.4 火灾下衬砌结构的内力 108
6.5 隧道截面尺寸的影响 111
6.6 火灾下衬砌的承载力及整体安全性 114
第7章 衬砌结构火灾高温承载力计算方法 116
7.1 结构高温承载力的计算理论 116
7.1.1 基本假设 116
7.1.2 高温极限NuT-MuT相关曲线 116
7.1.3 大偏心受压时极限承载力 119
7.1.4 小偏心受压时极限承载力 119
7.2 结构高温承载力的计算方法 120
7.2.1 积分法 120
7.2.2 条分法 121
7.2.3 等效截面法 123
第8章 衬砌结构火灾损伤检测评价 125
8.1 检测方法综合评价 125
8.2 高温损伤混凝土检测方法研究 126
8.2.1 C20混凝土 126
8.2.2 C25混凝土 130
8.2.3 C30混凝土 132
8.2.4 C35混凝土 134
8.2.5 回弹法专用检测曲线 137
8.2.6 超声波法专用检测曲线 138
8.3 公路隧道衬砌结构火灾损伤评价方法研究 140
8.3.1 广义荷载结构法高温承载力评价模型 140
8.3.2 广义荷载结构法评价模型基本原理 141
8.3.3 截面温度分布计算方法 144
8.4 两车道公路隧道衬砌结构火灾损伤等级 147
8.4.1 隧道设计概况 147
8.4.2 火灾场景选取 148
8.4.3 计算工况 149
8.4.4 Ⅳ～Ⅴ级衬砌损伤评价分级 150
8.5 公路隧道高温损伤评估方法与程序 151
8.5.1 衬砌灾后检测评估方法和判据 151
8.5.2 损伤深度检测方法 156
8.5.3 衬砌火灾后损伤评估程序 159
第9章 火灾后衬砌修复加固技术 163
9.1 衬砌结构损害分类 163
9.2 公路隧道衬砌结构的修复原则 163
9.3 混凝土结构修复方法 164
9.3.1 喷水养护法 164
9.3.2 压力浸渍修复法 164
9.3.3 加大截面加固法 165
9.3.4 外包钢加固法 166
9.3.5 粘钢加固法 166
9.3.6 预应力加固法 167
9.3.7 化学植筋加固法 167
9.3.8 喷射混凝土加固法 167
9.3.9 增设支撑体系及受力墙的加固法 168
9.3.10 粘贴碳纤维加固法 168
9.3.11 内嵌碳纤维加固法 170
9.4 隧道衬砌结构修复方法 171
9.4.1 换拱法 171
9.4.2 套拱法 172
9.4.3 喷射混凝土加固法 173
9.4.4 锚喷加固法 174
9.4.5 外部补筋法 176
第10章 隧道衬砌结构耐火保护技术 177
10.1 概述 177
10.2 表面隔热降温防护 177
10.3 混凝土中掺加纤维 182
10.3.1 概述 182
10.3.2 隧道衬砌纤维混凝土耐火性能试验 186
10.4 安装喷淋灭火系统 190
10.5 提高保护层耐火能力 191
10.6 其他防火方法(防火耐热混凝土) 195
10.7 耐火技术的技术经济对比 197
10.8 衬砌结构耐火保护设计方法 198
10.8.1 隧道衬砌结构耐火保护的目标与思路 198
10.8.2 隧道衬砌结构耐火保护技术的试验方法 199
第11章 沉管隧道结构耐火保护技术 201
11.1 保护措施及现状 201
11.1.1 既有耐火措施分类 201
11.1.2 既有防火方案技术经济比较 202
11.2 耐火保护对象 202
11.3 总体研究方案 204
11.4 管节结构构件耐火保护试验 205
11.4.1 试验工况 205
11.4.2 试验构件制作 205
11.4.3 防火材料安装 207
11.4.4 测点布置 211
11.4.5 试验结果分析 211
11.5 管节接头构件耐火保护试验 218
11.5.1 试验工况 218
11.5.2 管节接头构件制作 219
11.5.3 管节接头耐火保护方案及安装 219
11.5.4 温度测点布置 222
11.5.5 试验结果分析 222
11.6 节段接头构件耐火保护试验 226
11.6.1 试验工况 226
11.6.2 节段接头构件制作 227
11.6.3 节段接头耐火保护方案及安装 228
11.6.4 温度测点布置 228
11.6.5 试验结果分析 229
11.7 本章小结 231
第12章 沉管隧道接头及结构火灾力学行为分析 233
12.1 沉管隧道结构内部三维温度场 233
12.1.1 基于升温曲线的三维火灾场景 233
12.1.2 温度场有限元实现与参数选取 235
12.1.3 无防火隔热时管节结构温度 237
12.1.4 有防火隔热时管节结构温度 238
12.2 管节结构火灾力学行为 239
12.2.1 计算断面选取 240
12.2.2 有限元模拟方法及其模型 240
12.2.3 荷载组合及计算图示 242
12.2.4 管节结构火灾下的变形 244
12.2.5 管节结构火灾下的应力 246
12.2.6 有、无防火措施的受力对比 248
12.2.7 火灾高温应力损伤 249
12.3 接头火灾力学行为 251
12.3.1 管节接头变形 251
12.3.2 管节接头剪力 253
12.3.3 节段接头剪力 255
12.3.4 防火板对接头剪力的影响 257
12.4 本章小结 258
参考文献 260
彩色图版 265
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