受拉侧锈蚀钢纤维-钢筋混凝土管片承载力退化模型研究

近年来,国内外新建盾构隧道与管道工程中采用钢纤维-钢筋混凝土管片愈来愈多,在侵蚀环境下管片钢筋锈蚀的问题突出,提出适用于锈蚀后钢纤维-钢筋混凝土管片的残余承载力计算的方法十分重要。鉴于此,文章根据服役期盾构隧道管片所处环境及受力特征,结合钢筋混凝土结构正截面承载力计算理论,提出受拉侧锈蚀钢纤维 钢筋混凝土管片承载力退化模型,并给出相应的求解流程。同时,分析不同锈蚀率与不同钢纤维掺量下受拉侧锈蚀钢纤维-钢筋混凝土管片承载力曲线,并将该模型理论解与压弯荷载作用下钢纤维-钢筋混凝土管片的同步加速锈蚀室内试验结果进行比较,验证了该模型的适用性和可靠性。主要结论有：①随着钢纤维的掺量增加,混凝土的立方体抗压强度会先增大后减小;②偏心受压管片构件极限弯矩最大值随主筋锈蚀率的增大而不断减小,随钢纤维掺量的增大而不断增大,但增大幅度逐渐减小;极限轴力最大值受主筋锈蚀率的影响不大,但随钢纤维掺量先增大后减小。③主筋锈蚀率与钢纤维掺量对大偏心受压构件的影响均大于小偏心受压构件;界限偏心距随主筋锈蚀率的增大而减小,随钢纤维掺量的增大而增大。     

水压作用对通缝拼装管片结构力学性能的影响研究

以苏通GIL综合管廊工程为背景开展了通缝拼装方式下的原型试验,从水压对管片环的受力、形变及抗裂性方面着手,对通缝拼装条件下水压力对管片结构力学性能影响进行了研究。试验结果表明：①通缝拼装管片结构在拱顶位置出现较大的位移,水压力的增大对管片结构拱顶形变和整体椭圆变形的控制有良好的效果,但管片最大单点位移相比椭圆度更易达到限值;②通缝拼装管片结构建议取单点最大形变率2‰~2.5‰作为形变控制标准;③在高水压作用下通缝拼装管片结构的纵缝张开主要发生在封顶块附近,由于该处纵缝密集、结构刚度最小、变形最大所致,水压力的增大对该处纵缝张开有明显的限制作用,且可减小相应连接螺栓的受力;④水压力的增大会较大幅度地提升管片的抗裂性能,并减小管片主筋的拉应力,但也会使主筋的压应力和箍筋应力有较大幅度的升高;⑤水压力的升高在一定程度上提高了管片结构的受力性能,但高水压使管片结构处于高轴压受力状态,易发生纵缝处的压剪破坏,该破坏具突发性。研究成果对水下盾构隧道的设计具有重要的指导意义。     

止浆塞外塞胶料的设计及优化

设计一种新型具有密封和排气功能的止浆塞,采用有限元方法对止浆塞的实际工作状态进行数值模拟分析,对外塞胶料进行优化。结果表明：随着止浆塞外塞胶料的硬度的减小,止浆塞的密封性能提高;综合考虑密封性能和成本,确定止浆塞外塞采用邵尔A型硬度为40度的天然橡胶胶料。。     

纵向力作用下的盾构隧道管片结构纵向弯曲变形性能研究EI北大核心CSCD

为探明盾构隧道在纵向力作用下的纵向弯曲变形性能,以武汉两湖隧道工程(东湖段)为背景开展了管片结构纵向模型试验,对隧道的竖向位移与纵向应变进行了研究,探明了纵向力对盾构隧道纵向弯曲变形性能的影响。研究结果表明:纵向力能够提高隧道的纵向抗弯刚度,其对纵向抗弯刚度的提升作用随竖向荷载的增加呈先增大后减小的趋势。以竖向荷载分别为3200 kN、9600 kN、16000 kN为例,当隧道从无纵向力作用到竖纵荷载比K分别为0.56、1.67、2.78时,隧道的最大竖向位移分别减少了45.5%、56.8%、62.7%,而竖向荷载为22400 kN、K为3.89时仅减小了23.5%。管片结构纵向刚度有效率随竖向荷载的增加而减小,根据减小的程度可分为3个阶段:第一阶段为刚度弱化阶段;第二阶段为刚度稳定阶段;第三阶段恢复至刚度弱化阶段。纵向刚度有效率同时受竖向荷载与纵向力共同的影响,且当竖向荷载一定时,竖纵荷载比越小,隧道的纵向刚度有效率越大,当竖向荷载为22400 kN、竖纵荷载比K从35减小至3.89时,隧道的纵向刚度有效率减小了16.2%。以跨中横截面为例,隧道横截面的中性轴在竖向荷载的作用下会随着隧道的变形而上移,增加纵向力能使中性轴下移并趋近于拱腰位置。该文试验所得纵向刚度有效率在无纵向力时与现有模型试验结果相近,在考虑纵向力后大于现有研究结果,纵向刚度有效率应考虑残余纵向力的影响,建议取值为0.218~0.696。     

顶部集中排烟盾构隧道结构防火保护及关键参数研究

依托江阴靖江长江隧道开展了盾构衬砌管片抗火性能数值模拟及烟道板耐火性能试验,提出了一种新的顶部集中排烟盾构隧道结构防火保护策略。建议行车道层管片采用防火材料进行防护,烟道层拱顶部位管片采用混凝土内衬进行通长保护,烟道板不需进行防火保护。盾构管片模拟结果表明,当管片防火保护层等效热阻大于0.10 ℃ ∙ m2/W时,管片耐火极限大于2.0 h;烟道板耐火性能试验表明,无防火保护烟道板构件在RABT 升温曲线作用下,跨中挠度小于允许极限挠度,耐火极限大于2.0h。模拟和试验结果表明,这种顶部集中排烟盾构隧道结构防火保护策略安全可行。     

考虑渗流影响的基坑变形规律与稳定性研究

以湖南常德沅江隧道明挖基坑工程为依托,基于流固耦合数值模拟方法研究土体渗透系数对基坑变形与稳定性的影响规律。结果表明:基坑在考虑渗流作用的数值计算结果与实际的监测变形值基本吻合,随着强渗透地层渗透系数的增大,基坑变形呈增大趋势,基坑底板安全系数呈十分明显的下降趋势,且渗透系数的改变对基坑底板隆起的影响较大,对墙后地表沉降和地连墙水平位移的影响较小;进一步对比分析了考虑与不考虑渗流作用的基坑底板安全系数变化规律,在此基础上建立了考虑渗流作用的安全系数经验公式。     

基于合理拱轴线的偏压隧道最优断面研究

偏压隧道是工程中常见的一种隧道形式，隧道的断面形状会影响到衬砌结构受力性能和围岩的稳定性。针对偏压隧道的断面形状优化设计，基于衬砌合理拱轴线，开展偏压隧道最优断面形状的研究。根据偏压隧道的工程特点，建立初始断面形状为圆形的偏压隧道有限元模型，计算得到隧道衬砌的弯矩、轴力和偏心距。进一步，以偏心距最小作为目标函数，通过反复调整衬砌轴线的位置，使衬砌轴线逐渐逼近合理拱轴线，从而获得偏压隧道的最优断面。在此基础上，对比研究偏压隧道优化前后衬砌的力学性能和隧道围岩的应力分布情况。结果表明，这种最优断面形状的偏压隧道极大改善衬砌结构受力状况，衬砌主要承受轴向压力作用，能够充分发挥混凝土材料的抗压性能，而且隧道围岩的应力分布均匀，避免了隧道围岩的应力集中。