连续钢箱梁抗火性能试验与演变机理

来源：中国血液净化杂志2023年第6期北京时间：

作者：张岗, 李徐阳, 汤陈皓, 宋超杰, 袁卓亚

单位：1. 长安大学公路学院, 陕西 西安 710064;2. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司, 陕西 西安 710075"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52078043, 51878057); Shaanxi Science Foundation for Distinguished Young Scholars (2022JC-23); Shaanxi Innovative Talents Project for Science and Technology Innovation Team (2023-CX-TD-38); Fundamental Research Funds for the Central Universities (300102212907, 300102210217)

摘要：为研究火灾下具有板式橡胶支座支承条件的连续体系多室钢箱结构桥梁的高温响应，设计并制作了两榀两跨连续双室钢箱结构模型试验梁，对其开展了跨中区域与负弯矩区域的耐火试验。采用横向偏位加载实现弯扭耦合作用效应，制作了板式橡胶支座以研究火灾过程中支座性能的退化。通过试验获取了双室钢箱梁的截面温度分布特征、高温变形规律、钢梁屈曲模式以及裂缝开展过程，探析了火灾后钢材与橡胶支座的性能；然后建立了数值分析模型进行验证，结合模型计算剖析了其内力重分布规律与破坏过程，分析了负弯矩区功能失效路径，并开展了参数对比分析，揭示了连续钢箱梁抗火性能演变机理。研究结果表明：火灾下双室钢箱梁中腹板与边腹板的最大温差超过160 ℃，截面温度梯度分布受火灾强度的影响较大；单跨受火时受火跨持续下挠，而非受火跨先上拱后下挠，中支点受火时仅在末期出现位移激增，弯扭-高温耦合作用下双室钢箱梁出现随受火时间明显增长的横向扭转变形，破坏时截面两侧的挠度差值达到94 mm；连续钢箱梁在受火前期会发生剧烈的内力重分布，负弯矩区急剧扩大，中支座反力骤增至常温时的2倍以上；单跨受火时钢箱梁破坏状态表现出随着中支点附近的塑性扩展最终发展至受火跨的垮塌，而中支点受火时钢箱梁破坏状态则呈现出支点处钢梁的突然压溃，同一升温条件下中支点受火的钢箱梁破坏要远早于单跨受火，耐火极限缩短约40%；试验梁经历最高温933 ℃和825 ℃后，底板取样钢材的剩余强度分别约为67%和78%，钢梁的强度损失取决于其所经历的最高温度；橡胶支座具有良好的高温隔热性能，但外层橡胶在火灾下达到燃点后会导致橡胶燃烧碳化，进而使支座丧失承压能力，造成塌陷和支承功能失效，应对橡胶支座外部予以防火保护。该研究可为钢桥的抗火性能理论分析与结构性能提升方法提供指导依据。

关键词：桥梁工程,连续钢箱梁,抗火性能试验,演变机理,橡胶支座

基金资助：国家自然科学基金项目(52078043,51878057)；陕西省杰出青年科学基金项目(2022JC-23)；陕西省创新人才推进计划- 科技创新团队项目(2023-CX-TD-38)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(300102212907,300102210217)