大型隧道结构火灾高温特性的数物空间实时融合试验方法
批准号:
52078378
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
闫治国
依托单位:
学科分类:
地下与隧道工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
闫治国
中文摘要
深刻认识大型隧道结构火灾全过程的热力耦合行为与破坏机制,是保障其全寿命期火灾安全的关键。针对现有大型隧道结构火灾特性研究方法存在的不足和实际需求,本项目提出了大型隧道结构火灾特性的数物空间实时融合试验方法,通过数物共融、实时交互,实现对大型隧道结构(结构+地层复合体系)火灾全过程(发生-发展-蔓延-衰减全过程)中其真实高温力学特性的多维度、全过程信息获取;并借助火灾试验、理论分析和数值计算等手段,攻克基于多维度、多点特征参数的数物空间实时融合与控制方法,基于轻量化计算的大型隧道结构-地层整体数值模型的建立方法,以及隧道构件热力耦合边界的施加方法及控制策略等关键技术。借助数物空间实时融合试验方法,可充分揭示大型复杂隧道结构在火灾高温作用下的受荷特征及其力学特性与破坏机制,为解决复杂环境下大型隧道结构的火灾安全问题提供了新技术支撑。
英文摘要
A better understanding of the thermal-mechanical coupling behavior and progressive failure mechanism of large-section tunnel structures is the key to ensure the fire safety in the whole life cycle. In view of the shortcomings and practical needs of the research methods on the fire characteristics of tunnel structures, this project proposes a real-time numerical-physical coupling experimental method for thermal-mechanical characteristics of large-section tunnel structures. Through data integration and real-time interaction, the multi-scale and whole process information of real structure systems (tunnel structures + surrounding multi-layer ground system) and the progressive failure (occurrence-development-spread-attenuation) can be obtained and analyzed. By means of fire test, theoretical analysis and numerical calculation, this project targets at developing a real-time data acquisition and control method based on multi-dimensional and multi-point characteristic parameters, a method of building a whole numerical model of large tunnel structure stratum based on lightweight calculation, and a control strategy of applying thermal-mechanical coupling boundary to tunnel components. Through the real-time numerical-physical coupling experimental method, it can fully investigate the load characteristics, mechanical characteristics and failure mechanism of large-section complex tunnel structure when exposed to elevated temperatures, as well as provide new technical support for solving the fire safety problem of large-section tunnel structure in complex environment.
火灾是影响隧道安全运营的主要灾害之一,由于环境封闭特性及其所处于的地层条件,火灾对结构安全性能的影响呈现出独特的规律性与响应特征。为确保隧道在运营中的抗火安全性能,开展针对性的研究和探索尤为重要。鉴于现有火灾性能研究方法的不足,本项目结合数值模拟与构件试验方法的优势,提出了适用于复杂隧道结构火灾特性的数物空间实时融合试验方法。项目围绕数物融合方法体系的构建,设计了模块化框架,包含数据交互模块、物理试验模块和数值分析模块,各模块通过动态数据传递形成闭环协同。针对数值分析与物理试验结合中的关键技术问题,项目研发了基于数据驱动的交互机制,包括适用于简单材料模型的参数识别交互方法和适用于复杂材料模型的本构训练交互方法,大幅提升了数值模型的精度与适用性。在技术实现方面,项目提出了基于试验温度测量数据的温度场反演方法,通过调整数值模型热力参数,大幅提高了温度场预测精度;同时开发了用于数物融合试验的等效加载方案,验证了其在复杂工况模拟中的有效性。此外,针对复杂材料在高温下的力学行为,项目设计了高温本构训练方法,并通过多组材料试验数据验证了其对材料性能修正的可行性和计算适用性。为应对热-力耦合工况下的性能评估难题及初始误差问题,项目提出了静力-热力多阶段数物融合分析方法。在算例研究中,该方法针对静力工况与热力工况的应用均表现出良好的可行性,证明其能够有效适应不同工况下的分析需求。同时,为支持研究的落地应用,项目开展了数物融合火灾高温试验平台的建设工作,目前已完成平台的初步搭建,为未来进一步研究和工程实践提供了坚实基础。
微胶囊自防火隧道混凝土衬砌高温力学行为研究
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批准号:51578410
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项目类别:面上项目
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资助金额:67.0万元
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批准年份:2015
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负责人:闫治国
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依托单位:
火灾高温下大直径装配式衬砌结构体系力学特性及破坏机理
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批准号:50808137
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2008
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负责人:闫治国
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依托单位:
国内基金
海外基金