封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响，基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程，选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况，开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验，从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明:不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同，其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力；封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大，管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%；封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显，易出现较大的纵缝张开，而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小，仅为前者的53.3%，且连接螺栓受力减小了54.4%；封顶块位于拱腰时，管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小，管片内部主筋更早进入受拉状态；封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大，在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.      

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示：盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.     

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明：双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.     

连续道床板拉伸开裂模型试验研究

为验证连续式无砟轨道温度裂缝型式和温度力荷载取值方法的正确性,针对目前高速铁路上普遍采用的连续道床板及底座板结构,考虑混凝土标号、配筋率及钢筋直径等影响连续无砟轨道设计的关键因素,设计了450 mm×80 mm×80 mm、中心配置直径10 mm带肋钢筋的混凝土构件,利用万能试验机进行张拉,模拟了连续道床板降温时的裂缝开展过程,测试了构件开裂前后的轴力及应力重分布情况.测试结果表明,张拉过程中,裂缝呈现出不稳定和稳定两种状态;裂缝出现后,钢筋与混凝土应力分布不均匀,裂缝位置处的钢筋应力增加至300 MPa以上;构件在全断面开裂后轴力会突然降低,开裂前后瞬间的轴力超过或达到了混凝土开裂轴力.对于采用C40混凝土的连续道床板,为保证结构的安全使用,应配置0.9%以上的钢筋使之满足强度要求,并将裂缝控制为不稳定裂缝状态,作为设计荷载之一的最大温度力荷载建议采用开裂后的轴力进行计算.      

开裂隧道衬砌有压渗水室内模型试验研究

针对隧道出现的渗漏水及结构破损等问题,为找出高水压渗漏点或即将发生渗漏的位置和定量确定水压大小,开展了开裂混凝土室内模型加压试验,模拟开裂衬砌在不同水压条件下的渗透情况,使用红外热像仪观测混凝土试块渗流面的温度分布情况,研究渗压大小、裂缝尺寸和温度的关系.试验结果表明:渗流量与裂缝宽度及水压大小密切相关,在同一裂缝条件...     

CRTSⅡ型轨道板裂缝宽度的变化规律

为研究轨道结构的纵连成型过程对轨道板裂缝的影响,建立了1/4单元轨道板的分离式模型,对轨道板裂缝问题进行了分析.通过研究轨道结构的纵连成型过程,指出Ⅱ型板具有独特的纵连特征和结构特征,以该特征为研究基础,分析了轨道板在整体降温30℃和40℃作用下板端和板中裂缝宽度的影响因素和变化规律.研究结果表明:随着轨道板与砂浆层层间粘结状态的弱化,板端裂缝宽度ω_k略微增大,板中裂缝宽度ωz略微减小,板中不开裂时,ω_k最大增加0.032 1 mm,板中开裂时,ω_k最大增加0.026 9 mm,ωz最大减小0.024 4 mm;对ω_k影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力和窄接缝承力大小,以及板中是否开裂;对ωz影响最大的因素是宽接缝硬化时张拉钢筋端部的初始应力,且其减小的越多,ωz越小;轨道板的纵连特征使得ω_k和分布不均匀,纵连钢筋偏弱又使得ω_k数值较大,整体降温30℃和40℃时,ω_k的变化范围分别为0.182～1.906 mm和0.389～2.546 mm,且普遍大于ωz,这与目前Ⅱ型板式轨道的裂缝开裂特征相一致.     

荷载引起的横向裂缝区钢筋锈蚀速率

为探讨荷载引起的横向裂缝区钢筋锈蚀速率变化,采用配筋混凝土梁进行了受弯加载试验,分析了裂缝宽度和混凝土表面涂层对钢筋锈蚀速率的影响.研究结果表明:裂缝处钢筋的锈蚀特征为微电池腐蚀和宏电池腐蚀并存,横向裂缝宽度对裂缝处钢筋宏观腐蚀电流强度的大小和分布没有影响,但增大了裂缝处钢筋活化区的面积,从而使钢筋的腐蚀微电流强度增大;裂缝处钢筋腐蚀反应需要的氧和水直接从裂缝侵入,而不是通过未开裂处混凝土的保护层渗入,通过增加环氧涂层、提高保护层厚度和混凝土密实度等措施无法阻止裂缝处钢筋的锈蚀.      

预应力砼箱梁节段张拉锚固面底板纵向裂缝分析与处理

移动支架逐孔现浇施工法具有施工作业标准化、工作周期化的特点而被广泛采用,但箱梁节段张拉锚固面底板常产生纵向裂缝．利用商业有限元软件ANSYS对某桥箱梁节段张拉锚固面底板混凝土及横向钢筋应力进行了分析,找到了底板纵向裂缝产生的原因,分析了后续节段施工对裂缝宽度的影响,并提出了相应的改进措施．本文的结论对移动支架逐孔现浇施工法的设计与施工具有工程参考价值．     

车站洞门环梁与隧道管片连接螺栓的粘结-滑移

地铁车站洞口的混凝土环梁与隧道管片之间一般通过螺栓连接,螺栓往往以预埋的方式锚入车站环梁内,并且与握裹它的混凝土之间存在粘结-滑移变形,这对环缝张开宽度和环梁结构损伤发展都可能产生影响,为进一步明确其中的机理及影响程度,参考既有的粘结-滑移本构模型,利用可细化分析粘结-滑移的有限元分析平台,在充分考虑材料非线性特征的基础上,针对3种不同型号螺栓,分别考虑锚固长度足够和不足两种情况,分析了螺栓在环梁内的粘结-滑移,以及环缝宽度增大的过程;通过量化分析粘结应力和螺栓应力沿螺栓长度的分布,揭示了粘结-滑移对环缝宽度发展的影响机制. 分析表明:采用粘结-滑移模型时,得到的螺栓连接刚度介于嵌固模型和弹簧模型之间,粘结-滑移变形对盾构管片和车站环梁之间环缝宽度的影响不可忽略;仅考虑受拉影响,即便在锚固长度足够的情况下,当螺栓接近屈服时,螺栓与环梁间的粘结-滑移变形在环缝张开宽度中占比最大可达30%,螺栓屈服后,这个滑移占比会随环缝扩展降至8%以下,受此影响,考虑粘结-滑移的螺栓抗拉刚度最低约为完全嵌固模型的1/3.       

软弱地层中既有明洞的基底处理及沉降控制

富水、积水条件下的全风化花岗岩地层往往呈现出膨胀及软化特征,继而导致该地层下明洞基础发生不均匀沉降及衬砌开裂。通过裂缝素描确定合理的注浆孔布置方案,先期注浆小导管对明洞基础进行加固,后续设计钢管树根桩补强方案。监控量测表明该方案有效地控制和缓解了明洞衬砌开裂发展及地基沉降变形,可为类似工程提供借鉴和参考。     

严寒地区连续式道床板裂缝性能的理论推算

为了研究严寒地区连续式道床板的裂缝性能及其影响因素,基于严寒地区连续式道床板的实际工作状态,修正了前人关于连续式道床板裂缝计算的假设条件和力学模型,并通过理论推算和试验验证提出了不同工况的连续式道床板裂缝性能计算方法,总结了连续式道床板的开裂规律及其裂缝性能随温度变化的发展趋势. 研究结果表明:连续式道床板的裂缝性能与温降幅值和相邻裂缝间距密切相关,连续式道床板在温降5 ℃左右将产生集中批量式的首次开裂现象,道床板的固定区长度随着温降幅值的增大将随即降低至0,道床板的二次开裂则以单一零星的方式呈现,且相邻裂缝间距越小,其间道床板二次开裂对应的温降幅值越大,试验表明相邻裂缝间距小于3.25 m时,其间道床板在温降幅值小于37 ℃的地区将不会产生二次开裂现象;单一裂缝的产生仅对其左右滑动区范围内轨道结构力学性能有影响,若新老裂缝的滑动区部分相重叠,则新裂缝的产生将引起相邻既有裂缝钢筋应力和裂缝宽度幅值的突降.      

预应力混凝土连续箱梁防裂设计浅析

针对预应力混凝土连续箱梁桥普遍开裂的情况,根据不同类型、不同部位的裂缝,从预应力束的设置、箱梁翼板有效宽度和内力增大系数、箱梁构造要求、温度梯度模式、普通钢筋配置等方面加以分析,提出了防裂设计措施。     

基于裂缝宽度的部分预应力混凝土梁设计方法

为了简化部分预应力混凝土梁的设计过程, 减少设计试算的次数, 缩小预应力筋用量的取值范围, 提出了基于裂缝宽度的部分预应力混凝土梁设计方法; 从正常使用状态的裂缝宽度出发, 根据《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《公路规范》) 中对裂缝宽度的规定, 通过最大裂缝宽度求解受拉区普通钢筋的应力, 并建立关于开裂截面中性轴高度的一元三次方程; 根据预应力筋的有效应变要求, 结合《公路规范》中最小配筋率的规定, 得到了预应力筋用量的上、下限; 给出了设计方法的主要步骤和具体验算过程, 并设计了1根T形截面试验梁, 以验证设计方法的合理性。研究结果表明: 验算梁的抗弯承载力及预应力筋用量的上、下限满足规范要求; 试验梁的荷载与挠度基本呈现三折线关系, 在外荷载为50.0kN时, 试验梁跨中出现裂缝, 外荷载为128.5kN时, 试验梁受拉普通钢筋屈服, 外荷载为157.8kN时, 试验梁跨中混凝土压碎破坏, 试验梁总体呈延性破坏特征, 满足承载性能要求; 在受拉普通钢筋屈服前, 试验梁实测最大裂缝宽度为0.18mm, 未超过预估的最大裂缝宽度0.20mm, 满足正常使用要求。可见, 提出的设计方法合理、可行, 能够简化部分预应力混凝土梁的设计过程。      

粘贴钢板加固RC梁受弯裂缝宽度计算方法

为控制粘贴钢板加固钢筋混凝土(RC)梁的裂缝宽度,对梁加固前、后受弯裂缝产生的机理进行了分析,并通过6根粘贴钢板加固RC简支梁加载的全过程试验,观察裂缝的扩展规律.在RC梁裂缝宽度现有计算方法的基础上,给出了分阶段计算RC梁受弯裂缝宽度的方法和表达式,并对不同受力阶段裂缝宽度的理论计算值与试验结果进行了比较.研究表明:RC梁在开裂状态下粘贴钢板加固后,由于加固前后截面几何性质和受力状态改变,在荷载作用下原有裂缝首先扩展;最大裂缝宽度应按加固前和加固后分别计算,然后迭加,才符合梁的实际受力情况;最大裂缝宽度发生在原钢筋重心附近梁侧面原有裂缝处,而非新裂缝处.     

煤矿斜井管片衬砌与可压缩层联合支护的效果

为研究盾构斜井管片衬砌与可压缩层联合支护体系中可压缩层参数对管片衬砌力学性能的影响,以神华新街台格庙矿区主斜井工程为依托,建立考虑管片衬砌与可压缩层之间接触效应和管片整环刚度折减效应的数值计算模型,分析有无可压缩层、不同可压缩层刚度及厚度等因素下管片衬砌内力和变形的分布规律和变化情况;采用相似模型试验对上述问题进行了进一步研究,并对有无可压缩层时管片的极限承载力和破坏形式进行了探讨.研究结果表明:可压缩层刚度越大,管片所受围岩压力越大且分布越不均匀,同时使得管片弯矩减小,轴力增大,当可压缩层模量与围岩模量之比在0.1~0.5之间变化时更为明显;随着可压缩层厚度的增大,管片所受围岩压力依次按不均匀、均匀、不均匀的趋势变化,当可压缩层厚度与管片厚度之比为1.7时围岩压力最小,管片轴力则随可压缩层厚度的增大而减小;可压缩层存在与否对管片变形影响甚微,通过自身的挤密吸收围岩压力且促使应力重分布,从而减小并均匀化传递至管片上的荷载,使得管片内力随外荷载的增长更平缓,量值更小且分布更均匀,并使管片的极限承载力提高了40%;有无可压缩层时管片破坏均经历椭变、椭变加剧、裂缝出现和扩展、失稳破坏的过程,且有可压缩层时管片的破坏更严重.      

钢筋混凝土保护层厚度控制技术研究

混凝土保护层厚度对钢筋混凝土的耐久性、钢筋与混凝土的粘结锚固性能都有重要影响。保护层过薄,不但会导致钢筋提早生锈而加快锈蚀发展速度,而且会使钢筋周围的混凝土由于钢筋的粘结滑移所引起的裂缝很容易发展到构件表面,形成沿纵向钢筋的裂缝。同时,保护层过薄,还会使混凝土结构由于混凝土自收缩而造成沿钢筋方向的纵向裂缝或形成裂缝薄弱面,即混凝土虽未产生裂缝,但已经形成了混凝土抗拉薄弱区,以后会由于受外力而出现裂缝,从而进一步加快钢筋的锈蚀和由于粘结滑移造成的裂缝的形成。但保护层过厚,在硬化过程中,其收缩应力和温度应力得不到钢筋的控制,很容易产生裂缝,削弱混凝土保护层的作用,另外构件自重增加,有效截面减小,承载力也随之下降,同时构件裂缝宽度也将增加。因此,确定合理的保护层厚度是很必要的。     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中，盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位，针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征，提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型，然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载，获取隧道最不利区域边界力，最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上，分析纵向接头细部构造受力特征；并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明:地震波横向激励时，盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主，而纵向激励时，则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主；在纵向张开量最大的局部区域，不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况，该局部区域都处于受拉状态，两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响；当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时，最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位，最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.      

某刚构桥悬浇施工过程中腹板裂缝成因分析及处置措施

某刚构桥采用悬臂浇筑法施工,当施工至1号块并张拉腹板束时,在多个T构的腹板上发现了裂缝,该裂缝均位于腹板内侧槽口下方。通过建立实体有限元模型对其成因进行分析,发现腹板束下弯角度过大,导致槽口下方出现较大拉应力是裂缝形成的主要原因,而之所以仅出现在内侧,是由于顶底板和腹板组成框架结构,使得腹板内侧拉应力大于外侧。通过对竖向预应力效应进行分析发现:如果竖向预应力先于纵向预应力张拉,则此裂缝就不会出现。     

软土地层隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

以某典型软土地层中隧道侧穿桩基为例, 采用数值模拟方法开展了隧道开挖对不同位置处桩基的影响程度分析研究。 结果表明： 隧道开挖引起地表的竖向和水平位移显著影响的区域分别分布在距离隧道中心 0 ~ 3D 和 1D ~3D (D 为隧道外径) 范围内, 其沉降曲线与经验公式的一致性验证了数值模型的可靠性; 同时, 桩顶沉降受开挖影响的区域与地层显著沉降区基本一致; 随着桩基与隧道中心线的距离增大, 桩基的安全区范围逐渐增大而警戒区范围逐渐缩小; 对比桩身沉降和水平位移, 可考虑采用桩顶位移作为桩基变形的控制指标, 当盾构掘进通过桩基且与其净距达到 10L (L 为管片宽度) 左右时, 隧道开挖对桩基变形的影响最明显, 可为现场盾构施工中的变形控制提供参考。     

全无缝桥梁用掺橡胶粉LEM-SHCC路桥连接板拉伸性能及其应用

为了解决全无缝桥梁路桥连接板裂缝宽度与板内力过大等问题,将橡胶粉等体积部分替代细砂掺入应变硬化水泥基复合(SHCC)材料可制备低弹性模量的SHCC材料(LEM-SHCC),用于全无缝桥梁路桥连接板;进行了5种不同体积橡胶粉掺量(0、5%、10%、15%和20%)LEM-SHCC基本材性(密度、抗压强度和弹性模量)及拉伸性能试验,分析了橡胶粉掺量对LEM-SHCC的强度和变形性能的影响,并采用拉、压应变比差评价了橡胶粉掺量对SHCC材料的影响,获得了LEM-SHCC的最优配合比;针对橡胶粉掺量为15%的LEM-SHCC路桥连接板,研究了最不利荷载作用下(温降荷载)其吸纳变形能力、拉伸变形性能及开裂后裂缝分布规律,并与同尺寸SHCC路桥连接板的各项性能进行了比对;进行了LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(橡胶粉掺量、板底摩擦因数和板长等主要影响因素)有限元对比分析。研究结果表明:橡胶粉的掺入降低了SHCC的弹性模量,提升了SHCC的延性,当橡胶粉掺量达15%时,SHCC的弹性模量降低了40%,而延性却提升了近50%,且裂缝宽度有效地控制在60 μm以内;LEM-SHCC路桥连接板吸纳纵向变形达到10 mm时,LEM-SHCC路桥连接板表面微裂缝多(近180条),裂缝间距小(15~80 mm),且开裂后裂缝宽度控制在60 μm以内,此时张拉端板应力为2.1 MPa,锚固端锚固力为150.5 kN,卸载后裂缝闭合,无纤维被拉出或拉断;吸纳同样的纵向变形10 mm时,LEM-SHCC板的内力比同尺寸的SHCC板小;LEM-SHCC板的内力受橡胶粉掺量的影响较大,当其掺量为15%时,LEM-SHCC板性能最优,LEM-SHCC板的内力受板底摩擦因数的影响不大,板长的增加能有效地改善LEM-SHCC板的受力性能,推荐LEM-SHCC路桥连接板的设计长度为8.5 m。