在美国，平均每年有100-300起车祸导致的桥梁火灾事故。事故中，易燃易爆危险品运输车辆易造成严重的后果，直接威胁着桥梁设施和桥上交通的安全。火灾会导致大跨度桥梁结构的损坏或者失效，需要巨额的直接修复费用，同时也因交通中断和路线调整而付出大量的间接费用。然而，火灾在大跨度缆索桥梁如斜拉桥、悬索桥中得到的关注较少，缺乏充分系统的研究。目前几乎没有大跨度桥梁火灾的现场测试或者实验测试数据，计算模拟成为考察大跨度桥梁火灾效应最基本的研究方法。大跨度桥梁桥面往往距地面或者水面较高，桥面风速较大，风对桥面火灾的发展有重要的促进作用。本文
采用火灾动力学模拟工具（
Fire Dynamics Simulator, FDS
）模拟大跨度悬索桥上油罐车的典型火灾场景，首次将风效应引入大跨度桥梁的火灾模拟中，分析吊杆表面与内部的温度变化。借鉴温度与材料强度的关系曲线，探讨火灾发生过程中吊杆剩余强度的变化规律。通过比较研究，探讨火灾源纵向偏移量、危险源成分、风速大小和危险品泄露范围等主要因素的影响。
典型火灾场景与模拟
以桥上油罐车事故为对象，油罐车装载易燃危险品辛烷。辛烷在桥面上发现泄漏，燃烧形成池火。油罐车携带34m3辛烷，在最外侧车道形成5.4m长、3.0m宽的泄露区域。池火较为稳定、持续时间较长，对附近吊杆构成了较大的威胁。油罐车事故附近桥梁局部模拟如下图所示，包括桥面、防撞护栏、吊杆。建立FDS数值模型，危险品持续燃烧40分钟。首先由FDS模拟得到吊杆表面温度，作为边界条件施加在Abaques吊杆模型中分析吊杆内部的温度分布。现场风速10m/s，危险品泄露范围正对1号吊杆。
模拟结果
吊杆横截面内部不同位置温度分布如下图，横断面内温度表现不一致。近火端温度高于远火端温度，最大温度差在火灾发生17min时达到300°C。
根据ASCE指南、欧洲规范钢材强度与温度的关系，由横断面平均温度估计吊杆剩余强度随时间的变化如下图。按照ASCE指南、欧洲规范预测吊杆最终剩余强度分别为初始强度的37%、48%，ASCE指南结果更为保守
。
参数研究
0
、
5
、
10
、
15m/s
四种风速条件下，吊杆最大温度与剩余强度如下图。风对桥梁火灾的影响非常大，吊杆最大温度随风速呈指数规律增长。低风速下，吊杆最大温度不超过
600
°
C
。而在
15m/s
风速下，吊杆最大温度超过了
1000
°
C
，剩余强度降低到初始值的
10%
。
0
、
1
、
2
、
3m
四种泄露范围纵
向偏移下，吊杆最大温度与剩余强度如下图。最大温度随偏移量增大而呈指数规律降低，剩余强度从
60%
增大到
80%
。
辛烷（noctane）、甲烷（butane）、丁烷（toluene）三中易燃品下，吊杆最大温度与剩余强度如下图。辛烷与甲烷燃烧下，吊杆温度变化规律相似，剩余强度降低到初始值的40%左右。而丁烷燃烧下吊杆温度几乎要高出200°C，剩余强度则降低到初始值的15%。
5.4m、9m两种泄露宽度下吊杆最大温度如下图。相比5.4m宽，9m宽泄露范围下吊杆温度增加了30%，增加量超过200°C。
1）风增加了可燃物与空气的混合，同时促进了热量向吊杆的传递，明显影响了火灾发生过程中悬索桥吊杆的温度。
2）本文近似模拟了大跨度桥梁典型风速条件，结合主梁离地高度与透风性等特点，实际大跨度桥梁桥面风速可能更高，高风速与火灾共同作用下结构的性能需要得到进一步研究。
3）根据ASCE指南和欧洲规范中材料强度随温度的变化关系，桥上危险品火灾事故中大跨度悬索桥的钢吊杆可能失效。
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