[发明专利]一种基于物质点法的火灾-爆炸下隧道损伤评估方法

权利要求书

1.一种基于物质点法的火灾-爆炸下隧道损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定隧道内部发生火灾时的火灾场景；其中，火灾场景包括火灾规模参数、热释放速率增长模式、火灾热释放速率、升温曲线、最高温度、火灾持续时间、衬砌厚度方向温度场分布规律以及横纵向断面温度场分布规律；

2)设置火源点位置；通过折减衬砌混凝土的抗压强度和弹性模量，考虑隧道不同位置处混凝土在火灾高温作用下材料性能的劣化；

3)根据地铁隧道结构和地质条件，分区域建立地铁隧道模型；所述地铁隧道模型包括隧道主体结构模型以及周围岩土体的地质模型；将地铁隧道模型离散为N_p个物质点，对每个物质点赋予相应的材料参数；采用均匀的结构网格覆盖整个计算域生成背景网格；

4)给地铁隧道模型的初始条件、边界条件和荷载条件，设定每步计算的时间步长；

5)按实际情况设置起爆点位置，并根据爆炸物类别和爆炸物体积计算炸药当量；

6)利用物质点法求解火灾-爆炸响应；

7)根据火灾-爆炸响应，绘制隧道结构的损伤因子云图；

8)根据结构损伤等级划分标准，绘制隧道结构损伤程度等级分区图，确定隧道火灾-爆炸作用下隧道不同位置处结构损伤程度等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于物质点法的火灾-爆炸下隧道损伤评估方法，其特征在于：衬砌厚度方向温度情况按式(1)计算；横纵截面温度场分布按式(2)计算；

式中，x为距离衬砌表面的距离；t为火灾持续燃烧时间；

式中，T为距离火源x′处的温度，℃；T_max为火源处的温度，℃；T₀为常温，20℃；x′为距离火源的距离，m；L_tot为温度降到常温时距离火源的距离，m。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于物质点法的火灾-爆炸下隧道损伤评估方法，其特征在于：根据地铁隧道不同位置处的受火温度，将隧道内火灾作用下对衬砌混凝土的抗压强度和弹性模量进行折减来考虑隧道不同位置处混凝土高温作用下力学性能的劣化；抗压强度折减系数采用式(3)计算；弹性模量折减系数采用式(4)计算；

式中，f_cu为常温下混凝土的抗压强度，为温度T时的混凝土抗压强度；

式中，E_c为常温下混凝土的抗压强度，为温度T时的混凝土抗压强度。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于物质点法的火灾-爆炸下隧道损伤评估方法，其特征在于，步骤6)中，单个时间步的火灾-爆炸响应计算流程为：将物质点信息和外力映射到背景网格节点；利用含接触算法的广义插值物质点法对模型进行显示积分求解；求解完成后将计算结果映射回物质点，在节点上采用插值算法，输出各空气物质点的超压值与波阵面分布，输出各混凝土物质点的应力值、位移值和塑性应变值，输出各岩土体物质点的应力值、位移值和塑性应变值，得到各计算结果的分布云图；判断是否已计算至终点时刻，若否则转入下一个时间步，若是则结束。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于物质点法的火灾-爆炸下隧道损伤评估方法，其特征在于：步骤6)中，地铁隧道结构部分采用HJC混凝土模型；混凝土结构内部钢筋采用杂交物质点法离散为杆单元；杆单元节点与混凝土物质点共同运动；杆单元节点的本构模型采用Johnson-Cook模型。