圆CFRP-钢管混凝土构件的受弯性能

目的初步了解圆截面CFRP-钢管混凝土受弯构件的静力性能，为进一步的研究奠定基础．方法在8根圆CFRP-钢管混凝土受弯构件静力试验的基础上，分析钢管和CFRP筒的环向和纵向的协同工作，环向应变分布规律，屈服荷载时纵向应变比较。平截面假定，挠度以及纵向CFRP层数对承载力提高率的影响等问题．结果从加载之初直到最大承载力，钢管和CFRP筒的环向应变基本一致，纵向应变也基本一致。表明两种材料在环向和纵向都可以协同工作；纵向受压最大点的环向拉应变最大。纵向受拉最大点的环向压应变最大，其余点的环向应变介于二者之间；对于同一系列的试件。同一荷载下钢管的纵向应变随着纵向CFRP层数的增大而减小，但试件达到屈服荷载时的应变值却十分接近．结论从加载之初直到大约0．7倍的极限承载力。钢管纵向应变沿截面高度的分布符合平截面假定；在同一荷载下，挠度随着纵向CFRP层数的增大而减小，纵向CFRP可以显著提高试件的刚度；对于同一系列的试件。承载力提高率随着纵向CFRP层数的增大而增大．     

考虑衬砌变形与接头特征的盾构隧道纵向刚度

针对盾构隧道纵向刚度计算未考虑衬砌差异变形、接头特征及错缝拼装增强效应,定义考虑错缝拼装作用的横向刚度有效率,提出衬砌差异变形系数与接头等效刚度修正系数.推导盾构隧道纵向等效刚度计算式并结合数值法开展算例分析,探讨纵向等效刚度对不同修正系数的敏感性.研究表明：衬砌结构承载时,水平变形较竖向变形小15%,假定两方向变形相同存在不足;利用实际接头和等效螺栓环计算管片环缝张开量相差17.6%,接头等效为螺栓环存在不容忽视的误差;衬砌错缝拼装使横向刚度提高了17.5%,对隧道纵向刚度影响显著;盾构隧道纵向刚度计算中,考虑衬砌差异变形、接头特征及横向刚度与否对应的等效刚度相差14.3%,对隧道纵向结构特性产生了明显的影响;隧道纵向刚度随着衬砌差异变形的增大近似线性减小,且随接头等效刚度修正值和横向刚度同向线性变化.     

软土地铁盾构隧道环缝张开可靠度分析

软土地铁盾构隧道运营后,受各种内外部因素影响,隧道产生较大的不均匀沉降,进而产生不同程度的环缝张开,严重影响运营安全。在综合考虑隧道衬砌几何尺寸、纵向曲率半径及沿隧道纵向抗压抗拉刚度比基础上,同时考虑认识不确定性及随机不确定性,通过区间Monte Carlo抽样模拟计算环缝张开的失效概率区间。讨论了环缝失效概率随不同纵向曲率半径及衬砌环沿隧道纵向不同抗压抗拉刚度比的变化情况,定量化的得到两者在一定失效概率区间下的控制范围。为地铁运营养护决策的制定、优化结构和防水设计提供依据。     

地面堆载下盾构隧道管片与环缝接头的性状分析

针对地面堆载对隧道管片与环缝接头影响的问题,提出地面堆载对下方隧道管片及环缝接头影响的三维数值分析模型和方法.该方法采用连续体有限元模型分析堆载引起的附加应力,并提取应力调整系数,将盾构隧道每环拼装结构等效为均质圆环、环与环之间采用螺栓连接,进行应力叠加三维荷载-结构分析.减少计算工作量,反映盾构隧道主要纵向特性.应用该方法对杭州地铁1号线隧道管片以及环缝接头在堆载作用下的响应进行分析,与现场监测结果进行对比.结果表明,数值模拟结果与现场结果有着较好的吻合,能够有效揭示隧道管片和环缝接头在堆载作用下的变形和破坏规律.     

跨活动断层盾构隧道纵向受力及变形特征

为了研究断层错动下盾构隧道力学响应特征，引入Vlasov双参数地基模型，并考虑水平地基摩阻力的影响，提出跨活动断层盾构隧道纵向力学响应解析模型.以正断层错动工况为例，采用模型试验及数值模拟验证解析模型的合理性，讨论影响隧道结构纵向力学响应的因素.建立考虑环缝接头塑性变形的三维数值模型，分析环缝接头塑性变形对隧道结构纵向受力与变形的影响.研究结果表明：解析模型计算得到的隧道纵向力学响应特征与模型试验、数值计算所得规律一致，当不考虑竖向地基剪切刚度时，解析解计算得到的隧道纵向弯矩偏大；相较浅埋土质地层工况，深埋岩质地层对隧道纵向变形限制作用更加明显，导致结构纵向内力增大；隧道与断层之间竖向距离、断层破碎带宽度及结构纵向抗弯刚度有效率等因素均对隧道最大纵向内力影响显著；当考虑环缝接头塑性变形时，在断层错动20 cm工况下，盾构隧道环缝接头已经产生显著的塑性变形，严重威胁盾构隧道的运营安全.     

隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验研究

为了探究隐伏断层错动下盾构隧道结构受力特点及地层破坏模式,基于盾构隧道纵向等效连续化模型,开展隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验. 研究隧道结构纵向受力特征、环缝接头张开量与断层错动的关系,采用数值模拟手段验证模型试验结果的合理性. 试验及数值计算结果表明,隐伏断层错动下隧道结构纵向受力变化明显,断层错动对隧道结构纵向受力的影响范围小于60 m. 在断层顶部投影面附近的盾构管片环缝存在明显的张拉变形,在正断层错动下盾构环缝接头更容易产生张拉大变形. 正断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受拉状态,逆断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受压状态. 在正断层错动下地层发生明显的剪切变形,呈现倒三角形剪切变形扩展规律,地表产生横向贯穿裂缝,逆断层错动下的地层剪切变形相对较弱.     

越江盾构隧道纵向结构分析模型的改进及应用

在盾构隧道等效刚度连续模型中考虑了环缝影响系数的影响,推导了改进模型的力学计算公式,建立了隧道纵向变形曲率及环缝变形与环缝等效刚度之间的关系.利用该模型对上海某越江隧道进行了工程应用分析.根据盾构隧道临界状态的变形界值,初步建立了越江盾构隧道纵向变形曲率半径与环缝张开量间的关系.计算表明:与地铁盾构隧道相比,越江隧道曲率半径的限值要求可适当放宽.越江隧道纵向变形曲率半径小于1.257km时,环缝张开量大于6mm,环缝密封止水措施失效,隧道会出现严重的渗水漏泥现象.越江隧道螺栓极限应力状态相应的环缝张开量为21.00mm,此时环缝连接破环,不能满足隧道的结构性安全要求.     

CFRP增强圆钢管混凝土受弯构件试验

目的了解圆截面CFRP-钢管混凝土受弯构件的静力性能，分析荷载-跨中挠度曲线特性以及纵向CFRP层数对该类构件极限承载力的影响．方法对8根圆截面CFRP-钢管混凝土受弯构件以及用于对比的2根圆截面钢管混凝土受弯构件开展静力试验并分析试验结果．结果对于仅缠绕1层环向CFRP的圆CFRP-钢管混凝土受弯试件，其荷载一跨中挠度曲线类似于对应的圆钢管混凝土受弯构件的曲线；对于包裹纵向CFRP的构件，其荷载一跨中挠度曲线可以划分为以下几个阶段：弹性阶段．弹塑性阶段和下降段．结论在本文试件参数范围内，仅环向缠绕1层CFRP对圆钢管混凝土受弯构件的承载力并无显著影响；圆CFRP-钢管混凝土受弯构件的延性性能要好于圆截面FRP筒内填混凝土受弯构件．     

配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁受弯试验

目的研究采用500 MPa钢筋作为纵向受拉非预应力筋的后张有粘结预应力混凝土梁的受弯性能,了解其受弯破坏形态、受弯承载力、裂缝分布及变形等情况,为工程中推广应用500 MPa钢筋提供试验依据.方法采用两点对称集中的同步分级反位加载方式,对8根试验梁进行静力加载试验.结果开裂弯矩实测值与计算值比值的均值为1.094.考虑纵向受压非预应力筋参与受弯作用时,受弯承载力实测值与计算值比值的均值为1.032.正常使用状态下短期挠度和曲率实测值与各自计算值比值的均值分别为1.055和0.988.结论试验梁达到受弯极限状态时,尽管钢绞线配筋率较高而未屈服,但500 MPa钢筋可屈服,且梁的破坏仍具有一定延性.根据平截面假定和应变协调条件计算的受弯承载力与实测值符合较好.可按现行《混凝土结构设计规范》公式计算试验梁的变形.     

圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的静力性能研究

目的了解圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的静力性能,为理论计算提供依据.方法以12根圆CFRP-钢管混凝土偏压构件的静力试验为基础,对其展开理论分析.结果发现从加载之初直到最大承载力,钢管和CFRP筒在纵向和环向都可以协同工作,环向应变沿构件截面周边分布不均匀;纵向受压最大点的钢管存在内力重分布过程:在加载初始阶段,钢管以承受纵向压力为主,进入屈服阶段后,钢管以承受环向拉力为主;纵向受拉最大点的钢管对核心混凝土没有套箍作用.结论从加载之初直到最大承载力,沿截面高度的钢管纵向应变分布符合平截面假定;在其他参数相同的情况下,侧向挠度随着偏心距或构件长度的增大而增大;在其他条件相同的情况下,同一载荷下的纵向应变随着偏心距或试件长度的增大而增大,但达到屈服载荷时的纵向应变值却十分接近.     

盾构隧道衬砌变形中接头转动影响分析

为研究盾构隧道衬砌收敛变形中纵缝接头的影响,引入接头转动引起的收敛变形占衬砌总收敛变形的比值作为纵缝接头对衬砌变形影响的评价指标。基于接头初始装配角以及接头间的几何递推关系,提出一种用于计算盾构隧道纵缝接头转动产生收敛变形量的简易算法。首先,通过与多尺度混合分析结果对比验证所提出简易算法的有效性。然后,应用该方法对足尺管片试验结果以及三维精细化数值模拟结果中通/错缝拼装、接头位置、衬砌纵向力大小、重复加卸荷等因素对纵缝接头在隧道收敛变形影响的变化规律开展研究。结果表明：通缝拼装下,接头转动引起的收敛变形在管片总变形中占主导地位,而错缝拼装可以显著降低纵缝接头在衬砌收敛变形中的影响;接头越靠近弯矩最大处,接头转动对整体收敛变形的影响越大;纵向力的增加提高了管片的整体性,故接头转动引起的收敛变形占比随着纵向力的增加而减小;加荷后卸荷,由于管片自身弹性变形可恢复而接头转动无法恢复,卸荷阶段纵缝接头的影响增大。上述研究结果可为实际工程中的管片结构设计及隧道健康状态评价提供参考依据。     

钢管混凝土结构应用范围的扩展

根据钢管混凝土本身固有的特性，它主要适用于轴心受压和小偏心受压，不适用于受弯；用作轴压长柱时，也不能发挥其特性，因而经济效果也不大．为了有效地扩大钢管混凝上的应用范围，作者提出了预应力钢管混凝土．即在钢管混凝土构件中配以高强度预应力部件，施加预应力，以提高构件的承载力．本文介绍了预应力钢管混凝土拱、预应力轴压构件和受弯构件的基本概念、实验结果和经济效益，供设计部门参考和推广．     

基于声时和声幅的盾构管片预紧力的监测方法及应用

为准确掌握地铁隧道施工及营运期间盾构管片间的预紧力状态,根据盾构管片及止水条、螺栓垫片在隧道衬砌结构中的实际构造,分析这些构件在管片施工过程中的受力演变过程. 确定了管片间预紧力是通过预紧螺栓、压缩变形后的止水条及螺栓垫片来传递的. 随着预紧力增加,在管片间传递的超声波声时会逐渐减小. 然而,随着止水条压缩固结,其对超声波的衰减作用削弱,导致幅值逐步升高. 设计研制了管片预紧室内模拟装置,通过试验数据建立了不同等级预紧力与超声波声时、波幅之间的对应关系. 同时阐述超声波在管片间传递的机理及其影响因素. 依托市政工程（武汉市轨道交通3号线工程王家湾站—宗关站区间越江隧道）的盾构管片为实际测试对象,对拼装的盾构管片间的预紧力进行了监测. 经过分析测试数据结果符合管片环在预紧状态下的受力情况,最终探索出一种高效快捷的隧道管片预紧力监测方法.     

管幕预筑结构构件受弯性能试验

以连接件设置为参数,对管幕预筑结构构件的受弯性能进行试验研究,通过观察试件的裂缝发展及破坏形态,量测试件的荷载、挠度、应变,研究管幕预筑结构的受力机理,分析连接件的设置对管幕预筑结构构件受弯性能的影响。试验结果表明：管幕预筑结构受弯构件与等截面双钢板混凝土受弯构件的破坏过程及受力机理有较大差别,其破坏一般出现在钢管与平钢板相交的位置,源于钢管幕在弧形钢管与平钢板相交的凹角处有被拉平的趋势,破坏始于对拉筋及立柱的屈服,终于钢管幕与混凝土完全分离后钢板的屈服;设置对拉钢筋连接件可大幅度提升管幕预筑结构受弯构件的力学性能。     

盾构隧道基底软硬过渡地段列车振动响应分析

论述了隧道衬砌结构-围岩系统动力分析的理论和数值计算方法,采用激振力函数模拟高速列车竖向振动荷载,考虑隧道基底地层纵向软硬不均,建立了广深港客运专线狮子洋盾构隧道列车振动响应三维有限差分计算模型,研究了高速列车振动荷载作用下软硬不均过渡地段隧道衬砌结构振动响应规律,并通过引入长期列车振动荷载作用下地基土累积变形计算模型,预测了软硬不均地层条件下不同地段隧道基底的长期差异沉降.计算结果对评价软硬不均地层盾构隧道衬砌结构的动力稳定性和控制隧道基底不均匀沉降具有一定的指导意义.     

钢管煤矸石混凝土受弯构件的承载力分析

目的 分析钢管煤矸石混凝土受弯构件的受力过程，确定其承载力，及含钢率对承载力的影响．方法 对具有5种不同含钢率的钢管煤矸石混凝土受弯构件进行试验测试，绘制弯矩-挠度曲线、弯矩-最大拉应变曲线，分析曲线的特征、确定承载力极限状态．结果 确定了曲线上的3个特征点，将构件的变形过程分为弹性、弹塑性和强化阶段，定义截面的塑性已得到充分发展而受拉区钢管最外边缘纤维即将进入强化的点为试件的抗弯极限状态点．推导出了钢管煤矸石混凝土受弯构件的承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合良好．结论 推动了将钢与煤矸石混凝土组合结构应用于工程实践的进程，为研究钢管煤矸石混凝土偏心受压构件的力学性能奠定了良好的基础．     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究.试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5 000 με.当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态.     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究。试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5000με。当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态。     

西安地铁盾构隧道穿越地裂缝带的适应性与应对措施

盾构能否通过地裂缝是西安地铁建设中的难题,结构的适应性与应对措施是关键。以西安市唯一的市域环线——地铁8号线为工程背景,基于现场调查、资料收集、InSAR监测及有限元数值模拟,讨论了西安地裂缝活动趋势与地铁沿线地裂缝的活动性分级,分析了不同管片拼装方式和断面尺寸的盾构隧道在地裂缝场地的适应性,提出了盾构隧道穿越地裂缝带的二次衬砌与暗梁、钢管片、注浆加固、手孔局部加固等应对措施,并验证了其有效性。结果表明:在地裂缝活动性弱的Ⅳ级场地可采用盾构隧道,错缝拼装优于通缝拼装,且盾构最优直径D=6.2 m; 盾构隧道的纵向设防长度为距地裂缝带0.75D～1.50D的范围,并与隧道穿越地裂缝带的角度有关。研究结果可为地铁盾构隧道穿越地裂缝带结构设计与病害防治提供科学指导。     

主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响

为研究主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响,探讨主管内填混凝土矩形钢管节点的受力机理,对比分析了主管内填混凝土矩形钢管节点和空钢管节点的受压、受拉和受弯性能,结果表明主管内填混凝土能够改善节点的受力性能,显著提高矩形钢管受压节点的承载力,受压节点的破坏模式转变为横向局部承压破坏;对矩形钢管受拉节点承载力提高不明显...