在役隧道环境侵蚀下管片承载能力概率劣化模型

在役盾构隧道管片衬砌的承载能力劣化模型是隧道结构耐久性评价及科学养护的基础.以建立能考虑工程不确定性的钢筋混凝土管片概率承载能力劣化模型为目标,考虑隧道运营环境的主要侵蚀因子及管片衬砌的压弯受力特性,建立碳化侵蚀与氯离子侵蚀下管片主筋的锈蚀模型;考虑锈蚀管片中钢筋的截面面积损失以及钢筋[混凝土黏结滑移,以钢筋锈蚀率为媒...     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：①隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;②随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;③沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;④在沉管结构受压部位出现塑性区前结构受压部位的最大Mises应力随服役时长不断增加,而在结构受压部位出现塑性区后结构的最大Mises应力加速下降。     

基于双G断裂准则的钢筋混凝土结构锈胀寿命预测

基于文献[1]提出的腐蚀钢筋混凝土钢筋锈胀力的公式,利用断裂力学理论推导了锈蚀钢筋混凝土构件裂缝扩展应变能释放率的表达式,应用双G断裂准则对锈蚀钢筋混凝土结构的裂纹扩展寿命进行了预测,分析了裂纹扩展寿命与混凝土强度等级,保护层厚度和钢筋直径的定量关系。结果表明：构件初始裂纹长度时锈胀的起裂、稳定扩展和失稳扩展寿命影响非常严重;钢筋直径和混凝土强度等级的增加会引起裂纹扩展寿命的增加,随着混凝土保护层厚度的增大,裂纹扩展寿命略有下降趋势。因此,为提高混凝土结构的耐久性,合理设置混凝土保护层厚度是至关重要的。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

怎样提高钢筋保护层的合格率

钢筋混凝土工程中,钢筋保护层主要是为了保护构件内部钢筋不被锈蚀,同时还起到粘结锚固(钢筋要通过保护层把力均匀传递到混凝土中,保护层不够的话,会过早出现裂缝,钢筋不能充分受力,同时水和二氧化碳又能大量入侵锈蚀钢筋),所以钢筋保护层的合格率对钢筋混凝土构件使用的耐久性起着至关重要的作用。     

浅埋偏压隧道衬砌结构开裂机理及损伤失效分析

在浅埋、偏压等不利地质条件下隧道衬砌结构易发生开裂、渗漏水等病害,衬砌开裂及渗漏水的存在降低了结构的耐久性和承载力,影响结构的安全使用性能。为分析浅埋偏压条件下隧道衬砌结构受力变形特征及稳定性情况,基于扩展有限元原理,采用ABAQUS软件对不同的上覆岩层厚度条件下隧道衬砌结构空间受力特征、裂缝扩展情况及混凝土单元损伤失效程度等进行了模拟分析。研究结果表明,在浅埋偏压条件下,当上覆岩层厚度未超过7m时,隧道衬砌结构均出现不同程度的开裂现象,裂缝位置均大致位于A洞右拱脚位置。当上覆岩层厚度分别为3.5m、4m和5m时,隧道初期支护出现了贯通的纵向裂缝,当上覆岩层厚度为7m时,隧道初支沿走向出现了多条轻微不连续的纵向裂缝。随着上覆岩层厚度的增大,隧道衬砌结构损伤程度呈降低趋势,偏压的影响逐渐减小。     

锈蚀钢筋力学性能分析

在钢筋混凝土结构自身材料、荷载和气候环境的作用下,钢筋混凝土结构或构件会随着使用时间的增加而逐渐老化,出现耐久性问题。对耐久性降低的程度和承载力的衰减程度进行定量分析,是结构耐久性研究中的关键问题。在既有研究成果的基础上,建立锈蚀钢筋的锈蚀量预测模型,从钢筋的力学参数出发,建立锈蚀钢筋的力学性能衰减模型。采用数值方法,分析了3种不同锈蚀类型在不用锈蚀参数作用下钢筋锈蚀的一般规律。研究成果为进一步研究钢筋混凝土结构耐久性能裂化和承载力时变衰减奠定了基础。     

碳纤维补强公路隧道设计计算方法的研究

面对日益艰巨的公路隧道修复加固任务,碳纤维补强技术以其施工便捷、高强高效、耐久性好,扰动小等传统加固技术不可比拟的优点,有望被应用于隧道衬砌加固领域。本文针对碳纤维补强公路隧道衬砌,按荷载结构法,以碳纤维补强钢筋混凝土偏压构件截面承载力、裂缝和变形的理论为基础,提出了裂缝发展分析方法,初步形成了一套适用于碳纤维补强公路隧道衬砌结构的设计计算方法。本文研究成果将为碳纤维加固修补公路隧道衬砌结构提供设计依据,推动碳纤维补强技术在该领域的应用。     

基于长期性能的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力数值分析

在外部侵蚀介质及荷载的作用下,钢筋混凝土结构或构件内的钢筋会发生锈蚀,导致结构性能劣化、承载能力降低。对其承载力的衰减程度进行数值定量分析是混凝土结构长期性能中待解决的关键问题之一。研究影响锈蚀钢筋各项参数中混凝土结构物长期性能的主要指标,基于锈蚀钢筋的退化本构模型及混凝土的时变损伤本构模型,考虑钢筋与混凝土在不同锈蚀率下的粘结强度关系,进行了锈蚀钢筋混凝土构件承载力时变衰减数值模拟,并通过回归分析建立了锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力时变模型。分析模型可应用于已有混凝土梁式构造物的锈蚀后结构承载力计算与评定工作。     

超浅埋偏压小净距隧道的施工力学行为分析

浅埋偏压隧道是山岭隧道中常见的一种隧道类型,隧道受偏压影响衬砌结构受力复杂,山坡岩体稳定性差,施工难度极大。以广乐高速大源一号隧道为工程背景,针对双洞并行隧道复杂的受力状态,采用有限元方法对超浅埋偏压小净距隧道进行了考虑施工顺序的数值模拟,对隧道衬砌结构的受力及变形进行了分析,对围岩的加固处理方式对衬砌结构造成的影响进行了计算分析。结果表明:对浅埋偏压小净距隧道,先施工埋深较浅一侧的洞室可使得衬砌结构所受到的内力较小;对大源一号隧道采取灌浆等措施可有效减小衬砌结构所受到的内力。     

钢筋混凝土桥梁的腐蚀研究与防护

介绍了钢筋混凝土桥梁的腐蚀机理和影响因素;基于锈蚀钢筋的拉伸试验和劣化混凝土的轴心抗压试验,分析了钢筋混凝土构件的腐蚀对桥梁力学性能和结构性能(包括钢筋与混凝土的粘结、承载力、破坏形式等)的影响;在此研究基础上提出了桥梁结构的防腐与防护措施,对钢筋混凝土桥梁的状态评估与维护管理具有重要意义。     

漫谈矿山法隧道技术第五讲——衬砌（一）

从使用性、应对未来不确定因素和特殊围岩时补充支护的力学功能等方面分析二次衬砌的功能,说明二次衬砌是确保隧道使用性、耐久性、降低不确定因素影响及具有力学功能的不可或缺的构件。分析衬砌的耐久性： 目前各国对衬砌的计划使用期限的规定一般是100年;调查显示,混凝土衬砌经过修补或采用“预防维护”体制,可以满足100年的耐久性要求,但运营隧道的衬砌有随时间逐渐劣化的趋势。隧道结构劣化的原因除了施工质量未达到设计要求外,主要是围岩劣化和衬砌本身劣化。结合日本的试验分析认为： 在耐久性设计中,可以不考虑围岩劣化的问题。混凝土衬砌的耐久性,多数情况下取决于混凝土的施工工艺。调查发现目前衬砌存在的主要问题有： 1）衬砌混凝土不密实; 2）衬砌背后留有空洞; 3）衬砌厚度不均匀,拱顶厚度偏薄且留有空隙; 4）衬砌混凝土存在潜在的裂缝。总结各国在提高隧道二次衬砌耐久性方面的主要措施： 1）尽可能不采用钢筋混凝土衬砌; 2）采用钢筋混凝土时,保护层厚度应不小于50 mm; 3）采用喷混凝土作为二次衬砌时,除计算厚度外,应增加50 mm的保护层厚度; 4）二次衬砌应设置仰拱; 5）仰拱和拱墙须“闭合成环”; 6）改善混凝土施工工艺; 7）减少混凝土衬砌的初始缺陷。认为在现有技术的基础上做好6）、7）两点,衬砌的耐久性将得到极大的改善。针对6）、7）两点,介绍日本在衬砌施工关键工艺--浇筑、捣固和养生方面的做法： 拱顶部水平压入浇筑工法、隧道衬砌拱顶捣固系统、喷雾养生和采用塑料模板,以期为我国同仁提供借鉴。     

锈蚀钢筋砼单筋矩形截面梁延性试验研究

主要利用截面分析方法研究了钢筋锈蚀、砼劣化对构件延性特性的影响;分别讨论了两种腐蚀情况下钢筋砼梁截面延性特性的变化规律.研究表明,拉压区钢筋在锈蚀初期将导致受腐蚀钢筋砼粱截面曲率延性提高,随着钢筋锈蚀率的提高,钢筋与砼粘结性能逐渐退化,截面曲率延性系数逐渐降低;砼的劣化将引起梁截面曲率延性系数降低,当砼强度退化到一定程度时,受弯梁由延性破坏转变为脆性破坏.因而目前对受腐蚀钢筋砼构件的受力分析中一般仅考虑锈蚀钢筋对构件受力性能的影响,而忽略砼的退化作用的近似处理并不十分合理,在受力分析中应将砼退化作用一并考虑.这同时又为砼材料性能的研究提供了一个新的方向.     

海洋环境下基于可靠度的混凝土结构耐久性评估

钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性失效的最主要原因,海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素是C l-侵蚀。本文考虑氯离子的渗透随机过程,建立了海洋环境下结构抗力的随机模型;以桥梁服役状态下,钢筋锈蚀导致结构性能劣化为出发点,运用可靠度分析方法,对海洋环境下钢筋混凝土结构不同时期计入耐久性的承载力进行了分析,并用于某跨海大桥墩柱的耐久性评估。     

公路隧道衬砌裂缝处治技术研究

通过对某公路隧道衬砌裂缝现场调查,结合《公路隧道养护技术规范》进行隧道技术状况类别评定,并基于荷载-结构法对规范推荐的几种典型裂缝处治方法进行分析研究,得到了处治前后的衬砌内力及安全系数。研究表明:衬砌裂缝处治措施均有效的改善了衬砌结构的受力状况,提高了衬砌结构的安全系数,达到了裂缝处治的预期效果。该研究为公路隧道衬砌裂缝病害处治提供了参考和思路。     

衬砌存在裂缝的隧道力学模型研究及应用

衬砌裂缝是隧道工程中最常见的病害,准确评价存在裂缝的衬砌结构安全状况是隧道工程师面临的难题。通过隧道裂缝病害力学和几何特征分析,利用接触理论模拟裂缝面的接触摩擦作用,基于地层-结构方法建立含纵向裂缝的隧道计算模型,并综合钢筋混凝土强度理论和脆性材料断裂判据,建立存在裂缝的隧道衬砌结构安全性评价方法,在计算模型和评价方法...     

衬砌存在裂缝的隧道力学模型及机理研究

衬砌裂缝是隧道工程中最常见的病害,严重时会影响隧道的运营安全,准确评价存在裂缝衬砌结构安全状况是隧道工程师面对的难题。通过分析隧道裂缝病害力学和几何特征,利用接触理论模拟裂缝面的接触摩擦作用,基于地层—结构方法建立了包含纵向裂缝的隧道计算模型,并综合钢筋混凝土理论和脆性材料断裂判据,建立了存在裂缝的隧道衬砌结构安全性评价方法。在计算模型和评价方法的基础上,分析了裂缝角度对衬砌结构安全的影响,计算结果表明,裂缝角度是决定衬砌结构稳定性的重要参数。算例分析表明,该计算模型和评价方法简便易行,意义明确,对深入理解和分析裂缝面承载机理具有指导意义,对存在裂缝的隧道病害检测和状态评定具有借鉴和指导意义。     

基于EIC增长的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估

锈蚀和疲劳荷载共同影响下的材料复合损伤机理十分复杂,会显著降低既有钢筋混凝土桥梁的使用寿命。为了能够准确地预测锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命,通过从材料到钢筋混凝土构件的跨尺度分析,提出了一种基于材料失效机理的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估方法。该方法以断裂力学和等效初始裂纹理论为基础,并且可以同时考虑钢筋的不同锈蚀形态。结合锈蚀钢筋的疲劳拉伸试验结果,提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子表达式,结果表明随锈蚀率的增长,应力集中因子先增大后减小。然后将局部锈蚀导致的应力集中的影响融入到应力强度因子计算模型中;通过对试验数据进行拟合得到了钢筋疲劳裂纹速率增长分析模型,对该模型从等效初始裂纹尺寸到临界裂纹长度进行积分来实现钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测。为了验证本评估方法的有效性,开展了电化学快速锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验,试验梁失效形式均为受力主筋的疲劳断裂;采用扫描电子显微镜对疲劳失效后的锈蚀钢筋断口形貌进行了微观分析,对比了不同锈蚀程度下钢筋疲劳裂纹扩展形式的差异。将理论计算结果与本研究试验和已有文献中的试验值进行了比较,二者吻合较好,可为日后钢筋混凝土桥梁的腐蚀疲劳寿命评估提供科学依据。     

偏压连拱隧道病害分析及治理措施

基于某高速公路偏压连拱隧道衬砌发生严重破坏和隧道上方发生较大规模的山体开裂等病害,采用地震CT手段对隧道周围的工程地质进行了探测;根据现场监测数据,分析了隧道支护结构的受力状态及其安全性;对复杂地质条件下两种典型的施工方案进行了动态施工的数值模拟,对比分析了不同施工方案对围岩稳定和衬砌受力的影响;探讨了衬砌发生严重破坏的原因,并提出了相应的治理措施。研究结果表明:连拱隧道内侧断裂带、上方松散层等不良地质条件和不合理的施工方案是导致隧道衬砌严重破坏和山体地表开裂的主要原因。研究结果为分析和治理偏压连拱隧道病害提供了依据。     

存在衬砌病害的隧道计算模型研究与应用

本文根据存在病害时衬砌结构几何特征、承载机理,基于荷载结构方法建立了存在裂缝、厚度不足、材料劣化3类病害的隧道计算模型,并编制了相关计算程序,为分析病害对衬砌结构的承载特征和安全性的影响规律提供了理论依据,为运营隧道状态评定及病害处治奠定了基础。