钢纤维混凝土管片结构力学特性研究

为探究钢纤维混凝土管片结构力学性能,对主筋用量不削减、掺入30 kg/m³钢纤维的钢筋钢纤维混凝土管片结构开展极限承载力试验。管片错缝拼装形成试验结构,通过环向24组千斤顶模拟水土作用对结构施加荷载,通过逐步减小腰部荷载模拟侧部卸载工况,直至结构破坏。在卸载工况下,结构每环在0°,90°,180°或270°等弯矩较大位置附近的3处纵缝先后发生混凝土压裂和压碎,最终在0°或180°附近管片钢筋屈服、混凝土压碎,结构形成4个塑性铰破坏。根据试验测试的应变数据对结构内力进行计算,分析钢纤维混凝土对结构刚度和承载力的提升作用。研究结果表明,相比普通混凝土结构,在刚度方面,管片初裂时,钢纤维混凝土管片刚度提升6.91%,当裂缝宽度超过0.2 mm时,钢纤维混凝土管片刚度提升3.45%,提升作用降低的原因是随着荷载增大,钢筋应力逐渐增加,钢筋对管片刚度的作用增大而钢纤维混凝土对刚度作用基本不变;接头混凝土压裂时,钢纤维混凝土接头刚度提升18.7%。在承载方面,钢纤维混凝土管片极限承载力提升6%,接头极限承载力提升3%,整体结构极限承载力提升4.2%。并且,由于钢纤维混凝土对接...     

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。     

纵向裂纹对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响

盾构隧道衬砌管片在施工与运营过程中容易产生纵向裂纹,对管片的承载能力有较大影响。本文依托成都地铁2号线牛王庙—牛市口区间盾构隧道,应用有限差分软件建立裂损管片壳-弹簧计算模型,分析裂纹数量与裂损程度对管片力学特性的影响。结果表明:纵向裂纹会导致其附近管片的内力比无裂纹时明显减小;存在多条裂纹(单一分块仅出现单条裂纹)时,裂纹对管片弯矩影响较大区域的范围并未产生叠加,在同一裂纹影响区单条裂纹与多条裂纹作用效果相近;随着裂损程度的增加,裂纹附近管片的内力逐渐降低,裂纹对管片弯矩影响较大区域的范围有所增加。     

装配整体式盾构管片结构及力学性能研究

传统盾构隧道管片由预制管片和螺栓连接而成,需要依靠围岩荷载才能形成稳定的结构体系。接头的存在也会造成管片结构整体刚度偏低、抗变形能力减弱,影响隧道结构的安全性和耐久性。本文提出一种装配整体式盾构隧道管片结构,该装配整体式管片由预制T型管片和叠合区混凝土组成。盾构施工阶段进行T型管片拼装,隧道洞通后采用喷射或现浇方式进行叠合区混凝土施工。基于ABAQUS软件对比分析装配整体式管片和传统管片的力学性能。结果表明：在施工阶段,装配整体式管片和传统管片的内力相近,但装配整体式管片的变形稍大。当隧道附近有基坑开挖时,T型管片与叠合区混凝土共同承担隧道荷载,叠合区混凝土刚度大,对T型管片具有保护作用,并且装配整体式管片的后期变形小于传统管片,表现出更好的整体性和抗变形能力。装配整体式盾构隧道管片结构适用于非均质或大变形地层,且能更好地应对邻近施工和邻近穿越等工况,可为盾构隧道工程建设提供新的技术方案。     

低水化热纤维增强衬砌混凝土性能研究

针对在建的广州深圳—茂名铁路沿线隧道用衬砌混凝土开展了室内试验,研究不同矿物掺合料对衬砌混凝土水化放热特性的影响,以及不同种类纤维及掺量对衬砌混凝土力学性能、早期抗裂性能和耐久性能的影响规律。研究结果表明:掺入粉煤灰可显著降低衬砌混凝土的水化热,但会影响其早期力学性能;纤维的掺入显著提升了衬砌混凝土的抗裂性能、弯曲韧性及抗盐冻性能,钢纤维的增韧效果优于PVA纤维;端钩型钢纤维的抗裂增韧效果优于镀铜短细钢纤维,但其不易分散,掺量宜取0.7%。     

盾构管片接头破坏类型及 参数敏感性分析

盾构管片接头是整环管片力学性能的薄弱部位,容易发生破坏。通过分析盾构管片接头的受力特性、管片接头的破坏类型以及管片内力和其影响因素之间的关系,再进行人工神经网络敏感性分析,计算得到不同影响因素的相对重要性指数大小。研究结果表明:盾构管片接头的破坏类型为受拉破坏;管片外径(RI=54.4%)对管片最大拉应力影响最大,其次是围岩等级(RI=35.3%),隧道埋深和混凝土强度对管片最大拉应力影响较小,相对重要性指数RI小于6%。     

基于纵向不均匀沉降的盾构隧道渗漏水机理分析

研究目的:对于地铁盾构隧道,由于衬砌由管片拼装而成,地铁通车运营后,盾构隧道会因多种原因产生纵向不均匀沉降,导致管片接头张开量的增加,从而造成管片之间的接缝处发生渗漏水。因此,有必要对盾构隧道渗漏水机理进行分析、研究。研究结论:隧道纵向不均匀沉降在一定程度上会造成环缝的张开,进而造成弹性密封垫防水性能的减弱、引起管片之间发生渗漏水;环缝影响长度系数对环缝张开量几乎没有影响,而不同环宽、不同螺栓与混凝土的刚度比对环缝张开量均有一定影响:较大的环宽和螺栓与混凝土的刚度比不利于管片接缝的防水。本项研究可为隧道防水设计及运营阶段的维护等提供参考。     

盾构隧道拱顶背后空洞引起管片裂损机理研究

同步注浆不均则衬砌管片背后易形成不密实或者空洞,导致管片变形、裂损和掉块。针对这一问题,依托一地铁盾构隧道建立三维地层结构模型,采用扩展有限元法对拱顶背后空洞引起混凝土管片裂纹的应变及变形特性进行探究。研究结果表明:拱顶背后空洞范围对管片裂纹的分布位置、扩展方向、最终裂纹形状都有很大影响,管片最大位移出现在拱顶背后空洞范围的中心,且随着空洞范围的增大而增大。     

盾构隧道近距离下穿建筑桩基影响分析及结构设计

对于城市轨道交通下穿既有建(构)筑物一直是建设过程中的重大风险,同时也是地下工程的一个重要研究方向。常州轨道交通1号线盾构区间以小净距下穿常州机电学院图文中心桩基,最小净距仅为3.6m。为保障盾构下穿施工过程中隧道及上部建筑结构安全,采用了Plaxis2D软件分析了不同地层损失率下盾构穿越时房屋沉降与倾斜影响,提出了地层损失率控制要求;并采用荷载结构法分析了房屋下部盾构管片的内力与裂缝,提出了采用钢筋钢纤维混凝土管片可满足结构强度、刚度及裂缝控制要求。     

施工期盾构隧道管片衬砌裂损病害统计分析

研究目的:针对某地铁盾构隧道工程施工期管片衬砌结构大范围开裂及脱落现象,对管片裂损病害的形态特征、分布规律以及危害程度进行统计分析,以期探明多种施工因素影响下管片衬砌结构的裂损机理,从而为隧道维修养护提供参考。研究结论:(1)管片裂损按照所占比例由大到小依次为:拱顶脱落、纵向裂纹、边角部裂损,拱顶脱落及纵向裂纹是施工期影响管片质量的最主要因素,且管片裂损病害的主要致因包括不良千斤顶推力作用(推力过大和推力不均)、管片错台以及管片环间接触面不平整等因素;(2)纵向前裂纹数量更多、波及范围更广、病害程度更深,是威胁隧道结构承载力及耐久性的最主要病害形式;(3)拱顶脱落对隧道结构的纵向受力特性影响较大,但其发生、发展与管片结构榫槽设置有关,通过对管片参数的优化、调整能够有效降低这一管片病害的发生;(4)该研究对于盾构施工控制具有指导意义。     

钢纤维混凝土的增强机理及抗裂性能分析

钢纤维混凝土是一种新型的水泥基复合材料,其抗拉、抗剪、抗弯能力远优于普通混凝土.此文在简述钢纤维混凝土的研究、发展与应用的基础上,阐述钢纤维混凝土的工作机理和增强机理,并对影响其增强效果的因素进行分析.通过分析进一步论述采用钢纤维混凝土可以抑制其收缩裂缝和阻止其微裂缝的扩展,从而提高混凝土的抗裂性能.     

管片错台对盾构隧道接头 力学性能的影响机理

为分析管片错台对隧道结构受力性能影响。本文以某越江地铁盾构工程为依托,建立了管片接头三维精细化数值分析模型,结合等效荷载施加方式,重点分析了管片不同错台状态下接头螺栓、管片接触面的受力演变规律,揭示了管片错台对对盾构隧道接头力学性能的影响机理,得出的主要结论有：随着错台量的增大,接头螺栓与螺栓孔间接触关系发生连续改变,影响接头螺栓受力性能;错台量越大、接头螺栓受力越大,受力集中部位从螺栓中部向螺栓两端转移,且接头螺栓所受剪应力明显增加;随着管片错台量的增大,管片接缝面混凝土实际应力发生了重分布,受力较大区域均向螺栓孔处汇集,最大、最小主应力极大值均处于螺栓孔内壁处。研究成果为盾构管片结构设计及整体安全性分析具有重要借鉴作用。     

地铁隧道下穿淤泥地层工法比选及技术探讨

以广州地铁4号线南延段地铁隧道下穿深厚淤泥层为背景,从方案论证、管片特殊设计以及软基加固等几个方面进行比选和优化,解决淤泥地层盾构隧道偏心受压和工后隧道沉降量大的问题。得出如下结论:淤泥层区间设计应优先选用盾构法,在淤泥层深厚区域结合周边环境及车站选型选用大盾构可降低总成本,减少后期地铁保护难度;在欠固结、存在滑移趋势的淤泥层中应特别重视偏心受压对盾构管片的影响,可通过增加管片配筋提高抗弯、抗裂性能,通过增设变形缝提高结构柔度等措施提高管片受力状况及耐久性。     

钢纤维对盾构管片受力主筋用量的影响研究

基于某铁路盾构隧道钢筋钢纤维混凝土管片极限状态设计,就钢纤维参数对受力主筋用量的影响进行研究。研究结果表明:长径比相同的情况下,随着钢纤维掺量的增加,受力主筋用量呈线性趋势减小,在钢纤维掺量相同的条件下,随着长径比的增加,受力主筋用量基本呈线性趋势减小;通过线性回归分析,分别得到钢纤维掺量、长径比与受力主筋减少量的关系表达式,相关系数分别为1.000 0、0.999 4;基于钢纤维掺量对受力主筋减少量的表达式,引入影响系数ξ表征钢纤维型号的影响,得出钢纤维参数与受力主筋减少量之间的关系表达式。该式可用于对预测分析采用不同钢纤维型号和掺量时的受力主筋减少量,但同时存在一定局限性,需进一步研究修正。     

新建隧道下穿施工对既有上卧盾构隧道扰动影响规律研究

针对新建盾构隧道下穿施工时,对既有上卧盾构隧道结构的扰动影响问题,应用非线性接触理论和多尺度混合建模技术,建立三维非连续精细化数值模型,重点分析隧道正交下穿施工扰动下,既有上卧盾构隧道管片与接头受力和变形规律。研究结果表明:新建隧道下穿施工诱发既有上卧盾构隧道整体下沉,表现为隧道结构竖向收敛波动和仰拱沉降显著;纵缝接头变形以张开为主,环缝接头变形以错台为主,且同一环中拱顶处变形最大;环缝接头应力集中明显,靠近交叉点处管片环缝的最大、最小应力均接近混凝土强度设计值,局部裂损风险高;受下部开挖影响,上卧盾构隧道环缝接头螺栓剪应力值增加显著。     

海底隧道纤维混凝土力学性能发展研究

研究目的:海底大直径隧道管片结构对混凝土的抗裂性提出了较高的要求,采用纤维混凝土能够有效解决这一问题。本文对纤维混凝土在不同养护龄期下的抗压强度以及弹性模量进行试验研究,分析不同聚丙烯纤维及钢纤维掺量对混凝土抗压强度以及弹性模量随龄期发展的影响规律,研究纤维掺量对混凝土力学性能的影响,并利用扫描电镜对聚丙烯纤维混凝土进行观测,从微观角度分析纤维与混凝土的作用机理。研究结论:(1)钢纤维对混凝土强度有提高作用,2%钢纤维掺量的混凝土试件抗压强度要明显高于其他组的试验结果,纤维混凝土的强度离散性高于普通混凝土;(2)纤维可明显提高混凝土的弹性模量,2%钢纤维掺量的混凝土试件弹性模量最高,2 kg聚丙烯纤维掺量的混凝土28 d弹性模量较3 d提升幅度最大;(3)微观试验表明,聚丙烯纤维表面较为光滑,与混凝土基体结合性能较差,是聚丙烯纤维混凝土强度较低的原因之一;(4)本研究成果可为海底隧道混凝土管片设计提供指导。     

大型盾构管片吊机真空吸盘的研究及应用

阐述了隧道施工用混凝土管片的结构特点及大型盾构管片吊机对真空吸盘的要求,并着重讨论了盾构管片吊机真空吸盘的工作原理及相关技术参数的确定。同时介绍了大型盾构管片吊机真空吸盘的结构组成、安全性及操作注意事项。     

新建盾构隧道纵向裂纹病害规律统计与数值分析

针对某地铁盾构隧道施工阶段管片大范围开裂、脱落等现象,对裂损病害进行现场调研,并深入分析危害最严重的纵向裂纹分布规律、裂损形态特征。在此基础上,建立扩展有限元数值模型,对纵向裂纹产生部位、外观形式、扩展规律、管片破坏形式进行探讨。研究表明:(1)施工阶段盾构隧道裂损可分为为纵向裂纹、拱顶脱落、边角部裂损三类,纵向裂纹是影响管片质量最主要因素;(2)纵向裂纹分为前裂纹和后裂纹,前裂纹比后裂纹数量多、波及范围广、病害程度深,是威胁隧道安全性及耐久性的最主要因素;(3)推力不均和推力过大是影响纵向裂纹产生的主要因素,管片破坏特征分别表现为剪切破坏、区域压溃破坏,推力过大在施工阶段对管片局部影响最大。     

考虑错台条件的盾构隧道抗震性能分析

研究目的:管片错台是盾构隧道最为常见的质量问题之一,管片错台直接影响管片的受力,从而影响隧道整体抗震性能,可见管片错台对盾构隧道抗震性能的影响值得关注.目前相关研究较少,缺乏合理考虑错台的方法.针对该问题,本文提出一种考虑错台的方法,并借助数值方法探讨盾构隧道管片错台量及错台部位对其地震响应的影响.研究结论:(1)结构...     

盾构管片接头力学性能数值模拟研究

研究目的:盾构隧道管片接头是管片结构能够稳定承受荷载的重要部分,管片与管片通常采用弯螺栓的连接方式,管片接头的结构构造和功能性相对复杂,使得其力学行为较为复杂,管片接头的力学性能对管片结构的性能具有决定性影响。基于此,针对盾构隧道管片接头力学性能问题,建立三维精细化有限元模型开展数值计算,从管片接头混凝土、螺栓应力及接头力学参数三个方面分析接头弯矩和轴力对管片接头力学性能的影响规律。研究结论:(1)随着弯矩的增大,混凝土第一主应力和第三主应力之间的差距逐步增大,接头接缝面受压区内混凝土处于较为不利的受力状态,尤其是接缝面最外缘区域内,随着弯矩的增大,该区域的范围由接缝面向两侧逐步扩大;(2)弯矩增大导致接缝面张开变形及螺栓Mises应力逐步增大,在相同弯矩作用下,螺栓的第一主应力、Mises应力和水平应力的最大值相等,表明螺栓主要承受水平方向的拉力;(3)正弯矩作用下的接头竖向位移略小于负弯矩作用时的接头竖向位移,说明管片接头正弯变形性能与负弯变形性能存在一定的差距;(4)正弯矩作用下接头变形能力好于负弯矩作用下接头变形能力,在接头转动变形较小时,接头抗弯刚度较大,随着接头转动变形的增大,接头抗弯刚度整体上呈减小的变化趋势;(5)本研究成果可为具有类似管片接头构造的盾构隧道工程提供参考。