隧道仰拱组合结构的现场试验研究

在复杂地质条件下长大隧道施工过程中,为了控制隧道围岩的过大变形及加快隧道施工进度,需要将仰拱及时封闭.通过对仰拱采用钢筋混凝土预制板和干硬性混凝土组成的组合结构的现场试验研究,把仰拱上的荷载通过预制板间接传递给铺底干硬性混凝土,并充分利用干硬性混凝土强度增长快、受力后变形较小的特点,使仰拱组合结构在隧道掘进的两次出砟间隙时间内达到能通行汽车的要求.对组合结构承受不同荷载时钢筋混凝土板顶面的沉降变形及钢筋混凝土预制板和铺底混凝土之间的接触压力进行现场量测,并用有限元计算方法对试验结果进行分析验证.结果表明,由本文设计的隧道仰拱组合结构,能够增强隧道的施工安全和加快施工进度.     

基底富水条件下隧道铺底结构疲劳寿命的试验研究

采用Cl=2的相似模型在PMS-500型疲劳试验机上进行铁路隧道铺底结构在基底富水条件下的疲劳破坏试验.重点分析铺底结构的静、动应力分布特征,裂纹出现时间,裂纹扩展情况以及结构的破坏形态,通过换算得到各铺底结构在列车荷载作用下的疲劳寿命.试验结果表明:铺底结构主要是在钢轨正下方沿线路发生纵裂破损的,铺底结构与基岩之间的砂浆流失严重,出现明显的凹槽;地下(积)水不仅明显降低铺底结构与基岩间的粘结力,而且在列车快速加载卸载下反复加压、退压,使铺底结构处于交变的拉压受力状态;在基底富水条件下,隧道铺底结构的使用寿命较无水条件下明显降低,因此在施工中采取合理的防排水措施确保基底干燥是预防或减少隧道铺底病害发生的关键.     

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验.基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线.研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈"倒S型"演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价.     

隧道开挖与支护有限差分法分析

根据隧道现场的工程地质条件和隧道设计参数,采用FLAC软件对厚50cm衬砌支护和喷射厚20cm聚丙烯纤维混凝土支护进行数值模拟研究。模拟计算结果表明,喷射厚20cm聚丙烯纤维混凝土支护能达到稳定效果。     

CFRP加固钢筋混凝土梁疲劳刚度的试验研究

研究目的:碳纤维布加固混凝土结构是一种新型结构加固方法.粘贴碳纤维布是提高混凝土梁疲劳性能的有效方法, 可用于延长损伤混凝土结构的使用寿命.研究结果:CFRP加固混凝土梁在疲劳荷载作用下, 正截面平均应变仍符合平截面假定.加固梁在疲劳荷载作用下刚度降低,裂缝宽度增大.得到了CFRP加固钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的疲劳刚度计算方法和计算公式,计算结果与试验结果符合良好.     

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。     

铁路隧道基底病害整治现场试验研究

以蜈蚣岭隧道病害整治为例,采用动力试验检测技术,对两种不同铁路隧道基底工况在列车运行荷载作用下的动、静应力以及加速度进行现场测试。试验结果表明,隧道基底结构受列车冲击振动作用明显。作用于隧道基底结构上的最大动应力值在0 3MPa以内,而在列车限速(<30km·h-1)行驶条件下基底结构上的最大峰值加速度达5 80m·s-2。在列车荷载作用下,两种不同基底结构的动力响应测试结果比较表明,采用20cm厚钢筋混凝土,且隧道基底与基岩之间加铺粘性防水层的隧道基底结构形式更优。     

铁路隧道衬砌结构分项系数的优化分析研究

研究目的:采用带有分项系数的实用设计表达式,不仅能继承传统结构设计式的形式,而且能体现结构设计对目标可靠指标的要求,是应用可靠指标衡量结构设计安全水平的重要途径。本文根据铁路隧道衬砌结构的受力特点和材料性能,采用混凝土衬砌结构抗压、混凝土衬砌结构抗裂和钢筋混凝土衬砌结构三种极限状态设计式建立"荷载-结构"模型。研究结论:利用Monte-Carlo随机有限元的方法分析铁路隧道衬砌结构作用效应的统计特征,根据材料特性分析抗力的概率统计特征以及计算可靠指标与目标可靠指标差值最小化的原则,分析得到:(1)铁路隧道衬砌结构检算时,围岩压力分项系数为1.4,自重荷载分项系数为1.2;(2)钢筋混凝土、混凝土抗压、混凝土抗裂三种工况下的调整系数分别为1.05、1.85、2.35;(3)该研究结果可为《铁路隧道设计规范》的修订提供理论依据。     

高压富水砂岩地层中铁路隧道冻结法施工衬砌结构研究

新建固原—王洼铁路程儿山隧道穿越高压富水砂岩，需采用冻结法施工。本文采用数值模拟方法对围岩冻结、解冻两种状态下隧道衬砌结构受力、变形和安全性进行了分析。结果表明：冻结加固后冻结体温度在-22～-16℃，具有一定的强度，因此无论是强度等级为C30—C50的60 cm厚钢筋混凝土衬砌，还是厚度为40～60 cm的C45钢筋混凝土衬砌，安全系数均满足规范要求；冻结体解冻后隧道衬砌轴力增大1.95倍，弯矩增大1.70倍，结构安全系数由3.36降至3.15，结构设计时应按围岩解冻状态考虑二次衬砌的受力，可采用变截面对衬砌结构局部加厚。施工阶段和竣工后监测结果显示，双层初期支护适用于冻结法隧道施工，二次衬砌采用厚60 cm的C45钢筋混凝土结构，冻结体解冻后未出现裂缝、渗漏水等问题，衬砌结构安全。     

钢筋混凝土裂缝反算配筋计算方法及工程应用

《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)中钢筋混凝土偏心受压、轴心受拉及偏心受拉构件的配筋计算公式较为繁琐,迭代计算步骤较多,在进行铁路隧道衬砌混凝土结构配筋计算时,工作量大且容易出现错误。在构件裂缝宽度计算公式基础上,综合考虑多种因素影响,根据规范要求的裂缝宽度限值,分别逆向推导出钢筋混凝土偏心受压、轴心受拉及偏心受拉构件的配筋计算公式,简化了配筋的计算过程。以偏心受压构件为例,将采用裂缝反算配筋计算方法得到的计算结果与现有规范配筋计算方法得到的计算结果相比较,基本吻合。钢筋混凝土裂缝反算配筋计算方法简单实用,目前已成功应用于隧道专业安全系数法向极限状态法转轨工作中,为钢筋混凝土结构的配筋计算提供参考和借鉴。     

高速铁路隧道线路底部结构累积疲劳损伤特性分析

利用侧向双轴拉-压疲劳损伤力学模型,建立隧道线路底部结构疲劳寿命分析方法。基于MIDAS GTS NX三维有限元分析平台,以武广高速铁路某双线隧道线路结构为研究对象,建立围岩-隧道衬砌结构-线路底部结构动力相互作用分析模型,研究隧道线路底部结构轨道板、混凝土支承层以及仰拱填充层动力响应特征与疲劳损伤寿命。研究结果表明,高速列车振动荷载在隧道线路底部结构内产生的动应力属于侧向双轴拉-压应力状态;隧道线路普通段底部结构疲劳寿命主要取决于轨道板,其疲劳寿命满足设计使用年限要求,而隧道端部线路底部结构的疲劳寿命则同时取决于轨道板和仰拱填充层,其疲劳寿命均少于60 a,达不到线路设计使用年限要求;隧道端部线路底部结构是隧道使用寿命设计的关键性控制因素。     

铁路隧道基底病害产生机理及整治措施

运用理论分析及模型试验和现场试验的方法,对铁路隧道基底结构的受力状态、病害产生的机理以及病害的整治措施进行研究。研究表明:隧道基底结构在列车静载作用下处于受弯拉的受力状态,在列车运行荷载作用下则会产生挠曲振动,其基底结构会随之产生疲劳破损直至断裂;隧道基底病害的产生和发展是列车动载、地下水、施工质量等多种因素综合作用的结果,各因素之间又有着相互促进,相互恶化的关系。对隧道基底病害的整治要采用改善隧道基底的结构形式和排水设计、减弱列车振动对基底结构及基岩的影响以及保证施工质量等多种措施和手段进行综合治理。     

钢筋混凝土梁疲劳性能的有限元分析

为研究钢筋混凝土梁的疲劳性能发展及其影响因素,本文采用数值模拟方法,利用有限元软件ABAQUS分析钢筋混凝土梁的静力弯曲性能,结合疲劳计算软件FE-SAFE对梁结构的疲劳性发展过程进行研究,探讨了混凝土强度、纵向钢筋配筋率、疲劳荷载水平等主要因素对钢筋混凝土梁抗弯疲劳寿命的影响。结果表明:在一定范围内钢筋混凝土梁的疲劳寿命随着混凝土强度的增加而增大,但超过一定范围后梁的疲劳寿命提高幅度有所降低;梁的疲劳性能受荷载水平影响较大,疲劳寿命随荷载水平的提高显著降低;较高的配筋率可以提高受拉区混凝土的塑化效应,从而提高钢筋混凝土梁的疲劳寿命。     

高原铁路隧道地段单元式道床板植筋检算

某高原铁路沿线工程与环境条件复杂,正线以铺设少维护且经济性良好的双块式无砟轨道为主.为解决连续式道床板病害多、修补难度大且对基础变形适应性差等问题,拟采用单元式无砟道床结构.然而,道床结构单元化会削弱道床结构的整体稳定性,需采用植筋加强道床与隧道基础间的连接.为确保植筋设置的可靠性与经济性,基于数值分析方法对道床板与隧...     

钢纤维混凝土隧道衬砌破坏模式及承载能力研究

分析归纳了钢纤维混凝土的基本特性,对素混凝土、钢筋混凝土以及钢纤维混凝土衬砌的变形特性进行了比较分析;通过模型试验,研究了钢纤维的阻裂作用,提出了考虑拉力软化关系的钢纤维混凝土衬砌结构的破坏模式和承载能力分析方法。其研究成果可供钢纤维混凝土衬砌设计参考和利用。     

隧道内无砟轨道道床板更换为钢支墩可行性研究

在实际运营中,隧道内轨道结构由于地下水压力作用和混凝土强度不足等问题,出现道床板上拱并产生裂纹病害,当上拱和裂纹达到一定程度,会对行车造成一定的影响,故针对隧道内轨道结构病害提出采用钢支墩更换无砟轨道道床板的整治方案,并提出施工流程建议。此方案结构较为简单,施工更换方便,能够节省施工时间,为快速恢复既有线铁路运营提供了保障。同时基于连续弹性支承梁模型和弹性点支承梁模型,推导出钢轨竖向和横向支点力,将其施加在局部计算模型上进一步开展了力学仿真计算。计算结果表明:钢支墩的埋深比应取1.8,当其出露高度在0.04~0.34 m时,钢支墩周围混凝土的应力及变形均满足设计要求,采用钢支墩更换隧道内无砟轨道方案是可行的。     

基底脱空条件下铁路隧道行车安全性分析

结合大瑶山隧道基底病害,在混凝土塑性损伤本构模型基础上,建立隧道-围岩相互作用动力计算模型,研究基底脱空对铁路隧道行车安全的影响。结果表明:随隧道基底脱空距离增加,隧道底部结构动力响应和损伤增大,且脱空距离超过一定深度后变化加剧;对于内侧单边脱空、两侧对称脱空和中间扩展脱空方式,当脱空距离分别达60、60、180cm时,需采取限速、加固等措施保证隧道行车安全。各脱空方式中,以两端向中间脱空方式所受影响最大。在该脱空方式下,当脱空距离从0cm增加到90cm时,底部结构竖向位移最大增幅达1.5倍;加速度最大增幅达17.2倍;主应力最大增幅达3.2倍;损伤值最大增幅达1.4倍。当脱空距离达120cm时,底部结构已发生破坏。可见,基底脱空对结构稳定和受力极为不利,将加剧结构损伤破坏。研究结果可为铁路隧道行车安全性评价和基底脱空整治提供参考。     

地铁隧道二次衬砌施工质量及控制探讨

二次衬砌是地铁隧道初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌,与初期支护共同组成复合式衬砌。地铁二次衬砌是地铁工程中的一项重要环节,衬砌质量的好坏对地铁隧道的使用寿命、使用功能和外观等都有重要影响。以长春地铁2号线南关站隧道二次衬砌施工为背景,通过分析二次衬砌质量缺陷及产生的原因,系统阐述为保证二次衬砌施工质量,在施工过程、施工工艺、混凝土自身质量控制方面所采取的技术措施。以期为后续类似工程提供借鉴。     

基于疲劳损伤机理的混凝土冻融劣化模型分析

结合动弹性模量相对值的变化特点,对不同系列的混凝土试件进行了抗冻试验,基于疲劳损伤机理建立了混凝土冻融劣化模型,并引用相关试验数据对模型进行了验证,结果表明建立的模型与冻融试验数据相关性非常好,能够较好地反映混凝土冻融损伤劣化规律,可作为预测混凝土冻融损伤和寿命的新方法。     

基于KENTRACK的铁路沥青混凝土底砟层疲劳特性评价

重复动载疲劳损伤是沥青混凝土底砟层的破坏形式之一。本文建立了沥青混凝土底砟层的三维有限元分析模型,分析其在列车荷载作用下的受力变形特性。采用KENTRACK设计方法分析了沥青混凝土底砟层的疲劳寿命。结果表明:沥青混凝土底砟层等厚度替代基床表层的路基结构形式在列车荷载作用下基床表层的竖向动变形和振动加速度明显减小;沥青混凝土底砟层的层底拉应变在10×10^-6~90×10^-6,处于较低水平;沥青混凝土底砟层具有良好的疲劳耐久性,可用于工程实践。