地铁大直径盾构隧道管片结构设计计算研究

管片是盾构法隧道的重要组成构件,是控制隧道工程造价和隧道结构安全的重要因素。目前,内径6 m地铁盾构隧道管片在国内比较少见,本文简要介绍了该种管片的厚度、宽度、分块等结构参数、结构计算模型及计算方法,并以深圳地铁11号线某盾构区间为例,进行了数值模拟分析研究。结果表明:大直径盾构隧道管片的受力行为与常用的普通直径盾构隧道管片类似,结构配筋主要由裂缝控制,管片的某些特殊部位应加强配筋,已达到防止管片开裂的目的。     

盾构隧道钢纤维混凝土管片接头极限承载力试验

针对钢纤维混凝土管片在盾构隧道工程中应用日益频繁的现状,以盾构隧道钢纤维混凝土管片接头为试验对象,采用足尺试验方法对钢纤维混凝土管片接头和传统钢筋混凝土管片接头的极限承载能力进行研究,归纳宏观破坏现象,获得了荷载-挠度曲线和弯矩-转角曲线等整体力学响应特性,得到了荷载-螺栓应变关系和荷载-混凝土表面应变等局部力学响应特性,分析了受压区剪裂缝的扩展规律,探讨了接头的延性指标,并对接头进行了基于性能的极限承载能力评价。研究结果表明:钢纤维混凝土管片接头的开裂荷载比钢筋混凝土管片接头提高12.9%;钢纤维混凝土管片接头的极限荷载与钢筋混凝土管片接头基本一致(略微增加4.4%);钢纤维混凝土管片接头具有优良的抗裂能力,受压区剪裂缝数量为1个,少于钢筋混凝土管片接头的3个,承载能力极限状态时的最大裂缝宽度从3.82mm减少到1.35mm,正常使用状态时的最大允许裂缝宽度(0.2mm)对应的荷载抗力提高了43.75%;钢纤维混凝土管片接头的受力性能优于钢筋混凝土管片接头;研究成果可为钢纤维混凝土管片在盾构隧道工程中的应用提供理论支撑和技术参考。     

软土地基大直径地铁盾构隧道衬砌结构受力特性数值分析研究

为得到能真实反应软土地基大直径盾构隧道结构受力特点又能保证衬砌结构安全的设计模型,结合广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道结构现场实测结果,采用ANSYS软件研究适用于软土地基大直径盾构隧道衬砌结构设计的计算模型。基于反分析得到的设计模型,对水平侧压力系数、地基弹簧刚度、管片厚度、管片接头位置、管片分块数量等影响大直径盾构隧道衬砌结构受力特性的因素进行敏感性分析。结果表明： 1）采用地基弹簧模拟底部反力并通过调整弹簧的范围可得到既能真实反映衬砌结构受力特性又能保证结构安全性的计算模型; 2）衬砌结构受力对侧压力系数和管片厚度敏感,对地基刚度不敏感; 3）接头位置变化和管片分块数量主要影响布置地基弹簧范围内的管片受力。     

盾构管片接缝传力垫层的接触特性试验研究

为了研究盾构管片接缝的接触特性,采用带有橡胶垫层的混凝土试件来模拟盾构管片和橡胶垫层,通过加卸载条件下的直剪试验和单轴压缩试验,探究盾构管片接缝和接头处的切向和法向接触特性。由试验结果可知:1)接触面剪切应力随剪切位移的变化过程可以分为弹性变形、弹塑性变形和应变软化3个阶段,剪切峰值应力的残余百分比为55%~65%;2)橡胶垫层在混凝土之间起到了良好的缓冲作用,对管片的失稳破坏过程有一定的延缓作用;3)根据试验结果得出管片混凝土强度等级为C50、传力垫层厚度为2 mm时接触面的切向和法向接触刚度,为盾构管片接缝传力垫层接触摩擦特性的分析计算提供参考。     

疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算方法

为了研究疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算方法,研究了重复荷载作用下裂缝宽度的开展规律,对混凝土及钢筋材料疲劳性能对结构裂缝开展影响进行了分析;修正得到了疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算公式。研究表明,钢筋混凝土受弯构件在疲劳荷载持续作用下,裂缝宽度整体上呈现出逐渐增大的趋势,但裂缝宽度变化率逐渐降低,最终进入稳定发展阶段;通过引入钢筋与混凝土黏结滑移相关参数以及受压区混凝土应变增大系数,修正得到的疲劳荷载作用下构件裂缝宽度公式计算结果与试验值吻合良好。     

大断面异形盾构隧道弯矩传递系数原型加载试验研究

由于异形盾构隧道特殊的结构断面型式,管片设计暂无相关规范可循,故基于原型三环管片力学加载试验对异形盾构管片环向接头弯矩传递系数进行研究,研究结果表明:1)随埋深增加,异形盾构管片结构整体刚度提升,但由于各接头刚度与相邻管片结构刚度比随埋深增加变化规律不一致,异形盾构管片接头弯矩传递能力呈部分减弱部分增强的现象;2)同埋深条件下,随着侧压力系数的增加,除右拱腰处接头外,其余接头弯矩传递能力随着接头刚度与相邻管片结构刚度比的增大而逐渐增强;3)随着埋深增加,各接头弯矩传递能力对侧压力系数的敏感程度逐渐减弱;4)极限破坏后,异形盾构管片内外弧面裂缝的分布规律证明了明显的弯矩传递现象。     

封一/四

为了解决FRP筋弹性模量低、剪切强度低和延性差的问题,设计和制备了多种规格的FRP-钢筋复合筋,并通过拉伸和剪切试验研究了含钢率和直径对其拉伸性能和剪切性能的影响。然后根据FRP-钢筋复合筋的性能特点及其增强混凝土构件的性能要求,提出了此类构件与相同钢筋混凝土构件的配筋总刚度相等的等效刚度设计法,并试验对比和分析了等承载力与等效刚度2种不同等效设计法设计的FRP-钢筋复合筋增强混凝土梁的受弯性能。结果表明:与FRP筋相比,FRP-钢筋复合筋的弹性模量、延性和剪切性能都明显提高。FRP-钢筋复合筋的弹性模量可达到FRP筋弹性模量的3倍以上,这为等效刚度设计法的实现提供了良好基础。等效刚度设计的FRP-钢筋复合筋增强混凝土梁具有和钢筋混凝土梁接近的屈服前受力性能(挠度和最大裂缝宽度)和良好的延性,并且可使其极限承载力提高30%。即等效刚度设计的此类构件不仅可满足安全性和适用性要求,而且具有更大的承载力储备和更好的耐久性。由于等效刚度设计法可参考现有的钢筋混凝土结构设计规范进行设计,其有望为此类构件和结构设计与工程应用提供简便适用的计算分析和设计方法。     

普通钢筋混凝土现浇连续箱梁常见裂缝浅析

现浇箱梁的裂缝是普遍存在的问题,在工程中很常见,也越来越受到人们的关注,世界各国也都对裂缝问题做出研究并制定了允许的裂缝宽度值,我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定对使用中允许出现裂缝的钢筋混凝土构件应力验算宽度计算所得的露天最大裂缝宽度不应超过0.2mm。     

盾构隧道管片及接头耐火试验

盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。     

给水排水工程中钢筋混凝土结构裂缝宽度计算模式的探讨

该文从钢筋混凝土裂缝宽度计算基本理论人手,通过对《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)和《给排水工程结构设计规范》(GB 50069-2002)中混凝土结构裂缝宽度计算方法的比较,阐述了上述规范在进行裂缝宽度计算时的异同之处,并结合工程算例,对计算结果进行分析比较,来探讨给水排水工程中钢筋混凝土结构裂缝宽度计算模式。     

嘉陵江特大桥9#墩承台混凝土浇筑温度效应分析及影响因素敏感性研究

以龙溪嘉陵江大桥9#墩承台施工为实例工程,首先验证了埋设冷却水管对降低混凝土温度具有显著效果;然后分析了冷却管通水量、冷却管管径、冷却管间距等因素对降低混凝土温度作用效果的敏感性;最后针对上述研究结论得到了冷却水管埋设的最优方案,并验证了最优方案下混凝土应力、法向裂缝比率与《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的符合性。     

梯度锚固预应力NSM CFRP板条加固梁破坏模式与影响因素试验研究

为探索梯度锚固预应力表层嵌贴(Near Surface Mounted,NSM) CFRP板条加固梁的破坏模式,完成了1片普通预应力和7片梯度锚固预应力加固梁的弯曲性能试验,研究了端部梯度锚固设置、加固长度、混凝土保护层厚度和钢筋表面特性对结构力学性能的影响,分析了加固梁的破坏模式、特征荷载、延性、预应力和外荷载作用下...     

浅议双向偏心受压构件正截面受压承载能力计算方法

阐述了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)和AASHTO规范中关于双向偏心受压构件正截面受压承载能力的相关条文,指出了三本规范中关于双向偏心受压构件正截面受压承载能力采用轴力近似公式法的异同,并提出了目前《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中双向偏心受压构件正截面受压承载能力计算公式的修改建议。     

钢筋混凝土结构正截面承载力统一算法研究

针对现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)中对于形状规则的矩形、T形、Ⅰ形、圆形截面计算正截面承载力时需根据受力状态选择不同计算公式的问题,参考《混凝土结构设计规范(2015年版)》附录E.0.1 中的推荐算法,通过改进混凝土域应力积分算法,提出了钢筋混凝土结构正截面承载力统一算法.将此统一算法应用于设计工作,可大大提高设计效率.     

GFRP筋纤维增韧高强轻骨料混凝土受弯构件挠度分析

为研究GFRP筋纤维增韧高强轻骨料混凝土梁变形规律，完成10根高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验，重点分析了纤维掺量、纵筋种类、GFRP筋配筋率和GFRP筋直径对试件不同受力阶段变形的影响；明确了GFRP筋混凝土受弯构件正常使用阶段应变及应力分布；基于刚度解析法，结合文献中GFRP筋普通混凝土受弯构件挠度实测数据，给出GFRP筋应变不均匀系数计算公式，综合考虑轻骨料、钢纤维及GFRP筋配筋率的影响对其进行修正；基于该公式对各试件使用荷载下的挠度进行计算，并与美国规范（ACI 440.1R-15）、中国规范（GB 50608-2010）和加拿大规范（CSA S806-12，ISIS-M03-07）的计算结果进行对比分析。结果表明：随配筋率的增大，试件破坏模式依次表现为GFRP筋拉断破坏、平衡破坏和混凝土压碎破坏；混凝土压碎破坏试件弯矩-挠度曲线分为开裂前阶段、裂缝开展阶段和受压破坏阶段，而平衡破坏和GFRP筋拉断破坏试件仅具有前2个阶段。轻骨料混凝土掺入钢纤维能够抑制构件开裂后刚度退化，降低混凝土压碎破坏脆性；提高GFRP筋配筋率可减小试件变形，GFRP筋直径对其无显著影响。采用中国规范（GB 50608-2010）计算试件正常使用极限状态下的挠度，结果稍显不安全；美国规范（ACI 440.1R-15）计算结果略偏保守；加拿大规范（ISIS-M03-07）与（CSA S806-12）计算值均具有一定的安全储备；建议公式计算结果较为准确且离散性较低，能够用于该类构件挠度的计算。     

预应力混凝土桥梁徐变计算方法对比分析

为了解现行规范对跨度大于96 m的预应力混凝土桥徐变计算的适用性,通过试验并结合工程实例对CEB-FIP(1990)规范、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)(简称中交04规范)、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3-2005)(简称中铁05规范)计...     

大跨度预应力混凝土连续箱梁0~#块抗裂分析

大跨度预应力混凝土连续箱梁开裂恶化了箱梁的受力条件,还降低了桥梁混凝土的耐久性,导致箱梁结构安全度严重降低。因此有必要开展大跨度预应力混凝土连续箱梁混凝土抗裂计算分析。在介绍弹塑性有限元分析基础上,运用体杆耦合有限元模型模拟预应力钢筋,温度模式分别参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）和新西兰桥规,开展S249京杭运河特大桥主桥大跨度预应力混凝土连续箱梁0#块混凝土应力的精细化仿真分析,分析竖向预应力未损失和全部损失工况下的混凝土抗裂性能,发现在竖向预应力全部损失工况,箱梁0#块箱梁腹板顶部加腋处出现较大的主拉应力,导致该处混凝土开裂。因此,在施工中要确保竖向预应力的有效性。     

关于现行公路桥规中城市桥梁设计的几点探讨

现行<公路桥涵设计通用规范>(JTG D60-2004)、<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范>(JTG D62-2004),较85规范在很多方面有实质性的改进,但是,<城市桥梁设计准则>(CJJ 11-93)及<城市桥梁设计荷载标准>(CJJ 77-98)与其存在着脱节的内容.探讨上述规范中城市桥梁的设计基准期、荷载组合及冲击系数等问题.     

中美桥梁设计规范的内力计算比较研究

现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)与美国桥梁结构规范(AASHTO LRFD)是不同的体系。着重介绍AASHTO LRFD的内力设计方法和计算公式,并对2套规范作一定量的比较分析研究。结果表明两者计算出的承载力基本相同,但受荷载、材料、横向分布系数、荷载效应分项系数及计算公式等影响,AASHTO LRFD计算得到的组合内力值偏大。