钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

公路隧道衬砌防裂钢筋网效用研究

为分析防裂钢筋网提高隧道衬砌结构抗裂性能的机理和幅度,以双车道隧道III级和V级围岩衬砌结构为研究对象,采用荷载结构法和杆系有限元数值模拟,获得素混凝土结构开裂的临界荷载、进而获得配置钢筋网的衬砌结构达到0.2mm裂缝宽度时的临界荷载。分析表明,配置防裂钢筋网后,III级和V级围岩衬砌结构的抗裂性能分别提高22.4%和15.2%,抗裂效果明显。     

交通隧道衬砌裂缝快速修补组合结构的应力状态分析

针对一种能快速修补隧道衬砌裂缝的组合结构，运用ABAQUS模拟完好衬砌、带裂缝衬砌和组合结构修补后衬砌这3个工况。经分析表明:衬砌产生裂缝后，局部会产生较大的拉压应力，使衬砌裂损进一步加剧；组合结构快速修补后，较大压应力和拉应力经重分布而减小，衬砌基本恢复到完好衬砌状态；组合构件边缘处衬砌产生了应力集中，需通过渐变顺接等措施处理。     

钢纤维混凝土防治板梁锚后裂缝的应用

本文简述了钢纤维混凝土的增强机理和配合比设计方法，提出了利用钢纤维混凝土抗弯剪性强、韧性高的特点防治板梁张拉锚后裂缝的观点。     

带肋钢板-混凝土组合结构抗裂性能研究

针对带肋钢板-混凝土组合结构的抗裂性能进行理论分析和结构试验,结果表明：带肋钢板-混凝土组合结构开裂弯矩较普通钢筋混凝土结构大得多,当裂缝出现后结构能更有效地抑制裂缝发展;带肋肋板区混凝土在钢板与箍筋的共同约束下可比拟为共同受力体,极限拉应变较钢筋混凝土高。     

锚贴U形钢板-混凝土组合加固RC梁的抗弯试验

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000 kN梁柱加载系统,应变采集使用静态应变分析系统,挠度采用机电百分表测量。试验过程中,观测记录试验梁在荷载作用下截面应变、跨中挠度、加固部分与原混凝土之间的相对滑移、裂缝的产生与发展。基于平截面假定,推导试验梁的极限抗弯承载力计算公式,并对比模型试验与理论分析结果。试验结果表明：与未加固的对比梁相比,锚贴U形钢板-混凝土组合加固后的试验梁其开裂弯矩提高近50%,极限抗弯承载力提高约1倍;钢板纵向加固长度对梁的整体刚度有显著的影响,加固范围越大刚度提升越显著;加固范围应充分考虑加固部分截断处截面的抗剪能力,避免使试件从塑性弯曲破坏模式变成脆性剪切破坏模式;对比螺杆间距15 cm与30 cm试验梁的结果发现,只要符合构造要求的螺杆间距对试件的承载能力影响很小,但对裂缝开展有一定的影响,螺杆间距越密其裂缝开展明显变小;随着加固钢板面积增大,抗弯承载力也随之提高。针对加固后适筋破坏的RC梁,推导了极限抗弯承载力计算公式,利用公式计算出的极限抗弯承载力的理论值与试验值相对差值均在10%以内。     

UHPC在隧道衬砌裂损整治中应用的可行性及性能要求研究

为解决隧道二次衬砌裂损整治中面临的净空限制等问题，提出采用超高性能混凝土（UHPC）代替普通混凝土作为衬砌补强材料，并对其可行性及材料力学性能要求进行系统研究。基于异性材料叠合梁理论对裂损衬砌和加固层的共同受力机制进行研究，得到加固材料的力学性能与结构受力特征之间的关系，从而得到加固工程对加固层厚度及UHPC力学性能要求； 在此基础上，提出一种实体单元应力和内力换算的计算方法，并通过有限差分法数值模拟，对衬砌与加固材料之间结合面的受力特征进行分析，从而得到加固工程对UHPC和普通混凝土之间黏结强度的要求。研究结果表明： 对于承载力损失不超过40%的衬砌，可采用UHPC进行加固； 对于承载力损失不超过15%的衬砌，UHPC的使用可将加固层的厚度减小到10 cm左右。     

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。     

灌缝-锚钢加固箱梁抗弯疲劳性能试验研究

为研究某PC斜拉桥大面积断索后主梁复合受扭开裂加固的疲劳性能及长期加固效果,对节段模型梁进行灌缝-锚钢加固后的疲劳性能展开试验研究,探索混凝土箱梁加固段和未加固段在重复荷载作用下的应变、裂缝及挠度发展规律,最后基于疲劳试验结果提出灌缝-锚钢加固钢筋混凝土箱梁在重复荷载作用下的疲劳刚度分段计算公式。结果表明:加固模型梁在240万次重复荷载作用下刚度下降16.8%,试验全过程挠度呈线弹性变化且无新裂缝产生;此次试验加固段的受弯疲劳性能优于未损伤未加固段;依据试验得出的疲劳刚度分段公式计算结果与试验值吻合良好。     

隧道衬砌裂损承载力有限元分析

隧道工程理论自身的局限性和建设管理的欠缺,运营中的隧道,随着隧道运营时间推移,隧道衬砌出现各种形式的裂损,对隧道结构安全存在较大隐患。本文结合一座隧道衬砌裂损现场调查,总结分析了该隧道衬砌混凝土裂损基本类型和特点,并用有限元模型模拟计算且对比分析了径向、环状裂缝对其承载力影响基本规律,其结果对隧道设计、施工和维护具有指导意义。     

钢筋混凝土梁裂缝宽度试验与计算方法

为了建立混凝土结构裂缝验算的统一公式,对28根钢筋混凝土梁进行试验,分析了配筋、保护层厚度和截面高度变化对钢筋重心水平对应的梁侧面的裂缝间距和裂缝宽度的影响规律;确定了结构设计中裂缝宽度验算对应的裂缝形态特征;提出了以纵向受拉钢筋直径和间距为变量的纵向受拉钢筋有效影响区的计算方法;改进了平均裂缝间距及最大裂缝宽度的计算模式,并将计算值与实测值进行了比较。结果表明:建议的公式精度较好,使最大裂缝宽度的计算更为合理,适用于大保护层和高截面的钢筋混凝土梁。     

钢-混凝土连续组合梁桥裂缝问题的研究综述

对钢-混凝土连续组合梁桥而言,负弯矩区混凝土板由于承受较大拉应力而开裂,从而引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,影响了结构耐久性和承载能力。因此,负弯矩区混凝土板裂缝控制是设计中的重要一环,控制效果直接关系到结构的安全性和耐久性。该文结合最新的研究进展,对组合梁负弯矩区混凝土板的开裂特点、影响因素、裂缝宽度计算、裂缝控制措施等几个方面进行总结、阐述,希望能对连续组合梁桥负弯矩区的裂缝控制有所帮助。     

节段预制桥梁胶接缝配筋剪力键剪切性能试验

针对节段预制桥梁胶接缝设计普遍采用剪力键作为连接形式,制作3组共计16个匹配预制的胶接缝剪力键试件,考虑剪力键键齿齿目、键齿配筋形式以及是否配有体内束3种因素,进行直剪试验研究,以得到这些因素对胶接缝的开裂荷载、极限荷载、变形、裂缝开展模式以及最终的破坏模式的影响规律。研究结果表明：与素混凝土键齿胶接缝相比,三键齿配筋的胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高4.52%,双键齿配筋胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高8.73%,而布置体内束的胶接缝剪力键的抗剪承载能力提高率能达到18.6%,远大于键齿配筋;剪力键键齿配筋和布置体内束可以明显提高剪力键破坏时的延性,降低开裂荷载与极限荷载的比值,改变开裂形式;键齿处配筋使得剪力键的破坏形式从原来的素混凝土键齿根部脆性破坏变为键齿配筋处的保护层脱落破坏;布置体内束,键齿中的裂缝增多,尤其是斜裂缝发展更加充分和密集。为了方便预测胶接缝剪力键的抗剪承载能力,根据胶接缝的传力机理,依据莫尔-库仑摩擦破坏准则,并结合AASHTO规范与Buyukozturk的试验研究成果,提出了预测胶接缝配筋剪力键直剪承载力的抗剪承载力计算公式,同时将分析结果与试验结果进行对比,吻合良好。     

水压下开裂混凝土中水分渗透红外试验

为了研究水下隧道开裂混凝土中水分渗透过程和影响因素,基于Richards方程和立方定律提出了外水压力下水分在开裂非饱和混凝土中的运动方程,根据水下隧道一侧承受外水压力、一侧接触大气的服役环境,设计了混凝土内部孔洞和裂缝承受冷却压力水的渗透试验,采用红外热像仪可视化研究水分入渗开裂混凝土的过程;通过红外辐射特性来分析裂缝几何特征、外水压力和初始饱和度对开裂混凝土中水分渗透的影响,并将试验结果与水分运动方程的影响因素进行对比。结果表明：外水压力越大、混凝土初始饱和度越小,则开裂混凝土试块的内外温差越大,表面温度变化曲线越陡峭,说明水分流速相应地越快,入渗深度越大,证明外水压力和初始饱和度都是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度越大、裂缝长度越长,混凝土试块表面红外温度越低,试块内外温差越大,说明裂缝面积越大导致冷却水入渗流量越大和渗透深度越深,证明裂缝宽度与开裂混凝土的渗透性正相关;另外垂直裂缝方向相比平行裂缝方向的红外热图观测效果更明显。在进行水下隧道渗漏预测时不宜忽略裂缝几何特征、外水压力和初始饱和度,不然会低估水流速度和流量,影响水下隧道的长期安全和耐久寿命。     

体内预应力组合梁裂缝宽度静力及疲劳试验研究

针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁,进行7个简支试件的静力及疲劳试验,试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距,且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0%、0.8%和1.5%的钢纤维。试验表明,极限状态时各试件的裂缝分布相似,裂缝平均间距在80~110 mm范围内。分析认为,影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等,提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中,运用测试动力参数的方法,分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化,结果表明,预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性,180万次的循环加载损伤度增大约20%。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律，采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径，并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%，表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下，裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈，裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小，因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位； 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显，而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

荷载作用下单裂缝锂渣混凝土的氯离子传输试验

目前有关混凝土结构耐久性设计大多是依据完整混凝土的研究,实际的混凝土结构多是带有裂缝的多相复合材料,这在一定程度上高估了混凝土结构的服役寿命。通过化学滴定法测量混凝土中自由氯离子含量,系统研究锂渣的掺量、荷载大小、裂缝宽度对自由氯离子时空分布的影响,并根据Fick第二定律计算氯离子的扩散系数。结果表明： 在硫酸盐与氯盐混合溶液中,自由氯离子含量显著降低,硫酸根离子能够有效减缓氯离子在混凝土中的传输; 掺加20%锂渣能够减小氯离子在混凝土中的传输速率; 混凝土中的氯离子传输速率随着荷载和裂缝宽度的增加而增加。     

波纹钢板套衬解决隧道衬砌掉落病害的效果分析

为解决衬砌起层剥落病害问题,提出使用波纹钢板套衬的衬砌加固方法,即使用化学锚栓将波纹钢板与衬砌混凝土连接,并在中间添加填充材料。考虑衬砌混凝土掉落时波纹钢板单独作用,波纹钢板与化学锚栓共同作用,波纹钢板、化学锚栓和填充层共同作用3种不同工况,针对3种工况建立相应的有限元数值分析模型,并对加固效果进行计算和分析。计算结果表明： 波纹钢板单独作用时结构处于最不利情况,此时波纹钢板顶部挠度为110.2 mm,应力为136.8 MPa,满足变形和受力要求; 当考虑化学锚栓和填充层的作用时,结构响应最小。