基于RABT火灾曲线的沉管隧道管壁一维温度场解析

海底隧道火灾高温会造成混凝土爆裂、力学性能劣化等严重后果,研究管壁结构厚度方向的温度场分布具有重要意义.结合沉管隧道遭受火灾时的实际工况建立了相应的数学模型,采用2次分离变量法求得RABT火灾曲线下的隧道管壁厚度方向的温度场解析解,最后以广东某沉管隧道为例对管壁结构不同位置和不同时间的温度场分布规律进行了探讨.结果表明:火灾高温对沉管管壁的影响深度在20 cm左右,由于混凝土材料的热惰性造成了温度传递的滞后,从而使得沉管管壁上各测点的时间-温度曲线和RABT曲线并不是严格一致,但在关键时间节点处仍有突变,且更靠近管壁受火面位置处的降温速度更快;在火灾恒温阶段时,管壁靠受火面位置处的温度仍然增长,并在95 min时达到最大值,甚至在火灾降温过程中,管壁靠内部位置的温度也一直在增长,并在125 min时达到最大值;降温结束后,管壁内部某些区域的温度呈现内高外低现象,即内部有较高的残余温度,后续仍有可能会对管节造成进一步的损伤.COMSOL数值计算结果与数值模拟结果相吻合,验证了解析解的正确性,能为类似工程提供参考.