、大西路呈东西向布置；2号线车站沿青年大街呈南北向布置。I号线车站在下，采用双层岛式车站，长211m，宽22.9m ；2号线车站在上，采用双层侧式车站，长141.2m,宽22m。车站总建筑面积20419m2，共设4个换乘通道、4个风道、4个出入口、7个疏散通道楼梯口。站体主要穿越粉质黏土、粉细砂、中粗砂、砾砂、圆砾地层，顶板覆土厚度616m。地下水丰富，为孔隙潜水，地层渗透系数可达10m/
d。车站结构总平面布置见图1，车站效果图见图2。
[0039]场区内存在一层地下水，赋存于圆砾、砾砂等强透水层中，属第四系孔隙潜水。局部地段存在由地下管道、工业及生活用水入渗形成的上层滞水。场区内第四系含水层分布连续稳定，由东向西随着含水层厚度逐渐增加，富水性也逐渐增大。场区内地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在4.60?5.70m,相当于绝对标高38.02?38.98m。地下水常年水位变幅约2m。
[0040]对T分别等于100°c、200tv"、100(rc，分别对3个火源进行累加的10步热力平衡计算。每个火源保存了 10个不同温度的热力平衡的计算结果。其中1000°C的计算结果如图13~16所示。
[0041]从图5~8中可以看出，颜色较深的地方为火源。火源附近色差变化剧烈，这附近的温场主要是热辐射形成的梯度温场。车站顶板温度比较均匀，附近温场是烟气热对流形成的温场。在温度上升的过程中，混凝土结构的传热升温性能要好于周围岩土体。混凝土结构温度紧随火源温度的变化而变化，混凝土结构吸收了大部分热能，但是混凝土结构传递给岩土体的热能并不多，混凝土与岩土交界处两侧的温度差别较大约为T/5。在400° C后，火源I引起的温场扩散到下层I号线车站内。700° C和1000° C图显示I号线的混凝土结构较高效的吸收热量，使其结构温度迅速升高，比周围岩土体传热快得多。400° C后，二号线车站的整体结构温度>T/3。总体上2号线车站结构的传热性能较好，是由于承重墙整体连续性好，传热介质连续，导致整体温度分布均匀。
[0042]图9~12为I号线车站结构的温场分布图，与2号线车站相比其空间刚度小，连续性差，车站中板与顶板和底边通过承重柱相连接组成整体结构。火源2设置在车站底板，热辐射温场影响底板和中板，热对流温场影响中板，而中板连接顶板和底板的导热介质连续性较差，造成了除火源附近区域外的热能传播主要靠中板完成。400° C后车站两端的温场开始剧烈变化，从700° C和1000° C图可以看出，车站顶板上方和底板下方的岩土层温度没有变化，一方面是由于传热主要靠中板，且中板与顶板和底板连接性不好；另一方面是由于由承重柱传递来的有限热量被顶板和底板吸收。700° C和1000° C图车站左右端温场首先出现变化是由于中板传热造成的。除热辐射区域以外的中板温度约为Τ/2，传递给2号线车站结构的热量不明显。火源位置2产生的热能有能力越过中板影响火源正上方顶板混凝土结构，温度约为2Τ/3。
[0043]从图13~16看,火源3设置在I号线车站的中板与2号线交叉的部分。与图9~12的效果一样，由于中板与底边由承重柱连接，热导性较差，底板下岩土层的温度没有变化。而火源2的热辐射温场对上部2号线结构温度影响较大，2号线交叉处结构温度约为Τ。图13-16也出现了车站两端温场先出现变化，这里是由于顶板传热照成的，除火源3热辐射直接作用区外中板和顶板温度约为2Τ/5。
[0044]综上所述，结构越连续，空间刚度越大，热能在车站混凝土结构中传播越快，温度分布越均匀。就本例车站而言，二号线的设计不利于火灾期间混凝土结构温度的控制，应加强车站顶板内和周围的线路设施的耐高温性能。一号线的中板在火灾中受到的影响较大，应加强结构内和周围的线路设施的耐高温性能。两车站的交叉处也是防护结构温度上升的重点。
【主权项】
1.一种确定火灾中既有地铁车站混凝土结构温度分布的方法，其特征在于，使用flac3d构建火源产生的除混凝土结构以外的热对流和热辐射叠加温场；根据温度不同材料性质不同的客观事实，在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数，使模拟结果更加准确；模拟了从4° C到1000° C期间的三个设定位置火源使结构温场的变化；其包括如下步骤:车站模型的建立，火灾温场的建立，模型参数的设置，温场监测剖面的设置，结果分析；本发明可用于复杂地铁车站在活在过程中对其混凝土结构温度进行分析。
2.根据权利要求1所述的复杂地铁车站，其特征在于，模型构造的特殊性，只构建车站的主体，对其他附属设施进行了简化:考虑到并不是对车站施工过程进行模拟和其特殊的“十”字形状，为提高运算效率，去掉远离车站主体结构四个角的岩土体，使整个模型也呈现“十”字形状；土体外边界距模型外边界的最小距离为10m。
3.根据权利要求1所述的车站模型的建立，其特征在于，模型中使用多种本构模型相结合，其中，mohr模型的代表材料是松散或胶结的颗粒状材料,外层土体采用mohr模型；elastic模型用于均质各向同性连续介质材料及具有线性应力应变的材料,车站结构主体使用该模型；考虑土体中地下水的影响，流固耦合中流体模型采用fl_iso模型。
4.根据权利要求1所述的火灾温场的建立，其特征在于，火源的设置位置，在车站的主体结构中设置三个火源进行模拟分析，火源I设置在二号线车站南端底板，火源2设置在一号线车站东端底板，火源3设置在两车站交叉处的一号线车站的中板南侧；每个火源形成的温场按照两部分进行分析，分别是热辐射温场和热对流温场。
5.根据权利要求4所述的热辐射温场，其特征在于，对于热辐射温场参考池火连续燃烧模型，该部分设计三个条件:第一，火源的热辐射在设置温场时只在火源所在层进行布置，其它层不受火源的直接作用；第二，热对流形成的温场只作用在火源所在层顶部；第三，当两个温场重叠时取温度较高者。
6.根据权利要求4所述的热辐射温场，其特征在于，热辐射温场的建立过程，设中心火源辐射到高为H处的顶棚时的温度为主温度T，辐射为半受限方式，设T’ X 2 π R2=TX 2 π H2，式中R为模型中的某点到中心火源2的距离，Τ’为该点的温度，对于经计算T’〈20° C的网格单元不进行温度设置；这样在模拟不同主温度T对结构温度的影响时，就可以通过FISH语言对火源直接作用区域内的网格单元进行温度赋值，用以模拟非等温场；火源2的热对流产生的温场贴近该层顶部，温场布置在顶棚的整个下表面，温度设置为Τ/2。
7.根据权利要求1所述的模型参数的设置，其特征在于，本发明涉及的方法考虑了混凝土结构力学参数随着温度的变化也发生变化，解决方法为:通过先确定关键参数的初始值，然后根据已有的对这些参数变化的研究，确定各个温度下个参数的值，综合使用了下列计算模型；根据本发明研究得到的弹性模量的变化规律，采用分段函数，进行线形拟合后给出的模型为:当 T e (20°C，200°C ]时，ETC/EC=1.00-1.5XKT3T ;当 T e (200°C, 7000C ]时，ETc/Ec=0.87-8.2XKT4T ;当 T e (700°C，800°C ]时，ETc/Ec=0.28; 混凝土的线膨胀系数取作:α。(T) =28X (Τ/1000) X 10_6; 混凝土骨料对导热系数取作:当T e [0°C, 2930C ]时，λ c(T)=L 355 ;当T > 293°C时，λ c(T)=-0.001241T+1.7162; 混凝土的比热取作:Cc(T) =900+80X (T/120)-4X (T/120)2，T e [20°C, 1200°C ]。
8.根据权利要求1所述的模型参数的设置，其特征在于，整个模型包括外围岩土层及车站混凝土结构的初始温度设置为4° C，边界温度设置为4° C ;外围岩土层的热力学性质:等方向传热系数设置为1.2，比热容为880，线性热膨胀率为2.0e-6。
【专利摘要】本发明公开了一种确定火灾中既有地铁车站混凝土结构温度分布的方法，其特征在于，使用flac3d构建火源产生的除混凝土结构以外的热对流和热辐射叠加温场；根据温度不同材料性质不同的客观事实，在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数，使模拟结果更加准确；模拟了从4°C到1000°C期间的三个设定位置火源使结构温场的变化；其包括如下步骤：车站模型的建立，火灾温场的建立，模型参数的设置，温场监测剖面的设置，结果分析；本发明可用于复杂地铁车站在活在过程中对其混凝土结构温度进行分析。
【IPC分类】G01K13-00
【公开号】CN104614095
【申请号】CN201510037823
【发明人】张子文, 杨帆, 吴作启, 崔铁军
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月27日