钢纤维混凝土隧道衬砌结构的地震动力响应研究

发布时间：2019-12-02 23:05

【摘要】：钢纤维混凝土(SFRC)材料具有良好的抗弯拉性能、抗裂性能以及裂后韧性,在隧道及地下工程中已经得到了一定的研究和应用,但对其在隧道及地下结构抗减震方面的应用研究还不够深入,本文以高速公路隧道(云山隧道)和高速铁路隧道(大梁隧道)为依托,结合地下结构动力时程分析方法,对隧道洞身段进行了地震动力响应研究。为此主要进行了以下工作：1、探讨了目前两种主要的纤维增强理论,即复合材料理论和纤维间距理论,并对二者得出的抗拉强度计算公式进行了比较,结果表明两种理论在解释纤维增强方面具有一致性；2、对于钢纤维喷射混凝土(SFRS)和普通喷射混凝土进行了承载能力极限状态分析,假定开裂后钢纤维混凝土受拉区应力完全由钢纤维承担,在同等极限弯矩作用下比较了二者分别所需要的截面厚度,计算结果表明钢纤维喷射混凝土所需喷射厚度更薄；3、开展了钢纤维混凝土切口梁的压弯韧性试验,研究了钢纤维混凝土受拉区应力-应变本构关系,得到了两种类型SFRC试件的抗拉强度。结果表明,在钢纤维掺量和混凝土基体强度一定的情况下,钢纤维混凝土受拉区抗拉强度与钢纤维长径比有关,长径比为60的钢纤维混凝土比长径比为45.5时的抗拉性能更好。此外,压弯韧性试验中试件采用了不同尺寸,计算抗拉强度过程中需要考虑尺寸效应的影响；4、本文对云山隧道和大梁隧道洞身分别进行了水平和竖直两个方向的地震动力响应数值分析,基岩输入地震波需要经过滤波和基线校正,水平方向采用汶川波,竖向反向采用日本Kobe波。分析结果表明：(1)水平激振时,普通混凝土(RC)衬砌各测点水平加速度、速度和位移响应最大,SFRC衬砌工况次之,自由场工况最小；竖向激振时,自由场响应最大,RC衬砌工况次之,SFRC衬砌工况最小。(2)RC衬砌截面弯矩、轴力比SFRC衬砌大的多,与激振方向和断面大小无关。
【图文】：

不完全统计,震中分布,公元,台网

图１－１中国地震震中分布图逡逑据中国地震台网的不完全统计，在公元前２３００年￣公元２０００年的四千Ｈ百年间中逡逑国地震的震中分布如图１－１所示。从中国地震台网得到的数据统计结果（见表１－１）可逡逑看化近一年内我国发生了邋１０次震级在５．０级（及Ｗ上）的地震，２０１３年（及Ｗ前）逡逑影响较大的震级在６．０级（及Ｗ上）的地震发生了二十余次。逡逑ｎ￣逡逑

示意图,虚拟裂缝,面分布,应力

／逦＼＼Ｍ＼逦三‘逡逑！／邋川邋Ｉ／Ｚ逡逑图２－２钢纤维混凝±结构虚拟裂缝示意图逡逑根据钢纤维混凝±的线弹性断裂模型，结构微裂纹强度开裂因子可通过裂缝面上逡逑均布拉应力情况下的开裂因子和Ｈ角形分布压应力情况下的开裂因子进行叠加而得，逡逑图２－３为裂缝面上分布应力的叠加示意图。逡逑说逦如邋Ｉ￣ＩＩ￣逡逑，，＿＿，，Ｉ邋１＾，邋Ｏｔ２邋二逦，，，，，＿ｊ，＿＿ｙ邋－ｆ－逦ｉ邋ｆ－逦巧邋１—巧３逡逑Ｉ逡逑图２－３虚拟裂缝面分布应力示意图逡逑均布拉应力情况下（如图２－３所示），根据断裂力学公式，强度开裂因子逡逑与＝－＾［加２邋０＋卢）２邋ｃｏｓ；钟＂．（２－２１）逡逑Ｅ（ｋ）逦Ｃ逡逑Ｍ邋＝邋１邋＋邋０．１２（１－—）＾逦（２－２２）逡逑２ｃ逡逑虚拟裂缝Ａ点处强度开裂因子有最大值
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U452.28

【参考文献】