隧道铺底混凝土纵向裂纹扩展规律及疲劳寿命研究

发布时间：2021-02-07 00:36

　　混凝土是由水泥、骨料和各种掺合料组成的复合材料,其形成之初,混凝土内部就具有随机分布的微裂缝的初始缺陷,铺底作为隧道支护结构的重要组成部分,它不仅承受着围岩压力的作用,而且受到列车荷载的持久反复作用。因此,隧道底部病害较为常见,尤其是铺底混凝土的开裂问题。开展铺底混凝土在综合荷载下的裂纹扩展的规律及疲劳寿命的研究,在隧道运营过程中对裂缝的养护整治具有重要的现实意义。本文在文献调研与依托隧道铺底混凝土开裂情况的基础上,基于断裂力学理论建立了裂纹萌生位置预测模型与裂纹扩展特性分析模型,在此基础上,研究了铺底混凝土单裂纹与组合裂纹的扩展规律;并基于疲劳损伤理论,通过疲劳分析软件,分析了列车动载下铺底混凝土的疲劳寿命。主要工作如下:（1）系统调研了现有铺底混凝土纵向裂纹扩展的情况,尤其是裂纹的分布规律及裂纹特征,并指出了裂纹开裂扩展的主要原因及危害。（2）对依托隧道的裂纹病害进行了现场观测、雷达扫描与钻孔取芯等,并现场对列车荷载分布情况进行了测试分析。基于铺底情况建立了有限元模型,结合上述工作分析了铺底结构在围岩压力与列车动载综合作用下裂纹的萌生位置。认为在铺底顶面中心处、轨道处、枕木端处三个... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 混凝土的断裂力学模型
        1.2.2 混凝土裂纹扩展的研究现状
    1.3 本文主要研究方法与技术路线
        1.3.1 主要研究的内容
        1.3.2 研究思路及技术路线
第二章 铺底混凝土裂缝综合调研及依托工程
    2.1 铁路隧道铺底裂纹扩展情况调研
    2.2 铺底混凝土裂纹的成因及危害
        2.2.1 原因分析
        2.2.2 主要危害
    2.3 依托工程
        2.3.1 工程概况
        2.3.2 铺底裂纹病害调查
        2.3.3 铺底裂纹成因分析
        2.3.4 铺底顶面动载分布现场测试
    2.4 小结
第三章 裂纹扩展机理及模型建立
    3.1 裂纹断裂力学机理
        3.1.1 裂缝类型
        3.1.2 强度因子
        3.1.3 断裂准则
    3.2 裂纹疲劳损伤机理
        3.2.1 疲劳寿命曲线
        3.2.2 疲劳累积损伤理论
    3.3 扩展有限元方法（xfem）
        3.3.1 单位分解法
        3.3.2 位移模式
        3.3.3 控制方程
        3.3.4 水平集方法
    3.4 模型建立与参数选取
        3.4.1 裂纹萌生位置预测模型
        3.4.2 裂纹扩展特性研究模型
    3.5 小结
第四章 铺底混凝土裂纹扩展规律研究
    4.1 铺底裂纹萌生位置的确定
        4.1.1 基于断裂准则预测开裂位置
        4.1.2 基于振动特性预测开裂位置
    4.2 单裂纹特征参数分析
        4.2.1 裂纹特征参数随时间的变化规律
        4.2.2 裂纹特征参数随位置变化规律
    4.3 单裂纹扩展路径分析
    4.4 裂纹几何特征对裂纹扩展的影响
        4.4.1 裂纹开裂深度对裂纹扩展的影响
        4.4.2 裂纹角度对裂纹扩展的影响
    4.5 隧底脱空对裂纹扩展的影响
    4.6 组合裂纹扩展规律分析
        4.6.1 组合裂纹特征参数
        4.6.2 组合裂纹扩展路径
    4.7 小结
第五章 铺底混凝土裂纹疲劳扩展寿命分析
    5.1 基于fe-safe的疲劳寿命理论介绍
        5.1.1 软件概述
        5.1.2 疲劳参数的选取
        5.1.3 结果输出
    5.2 疲劳寿命分析的有效性验证
    5.3 铺底结构疲劳分析
    5.4 单裂纹疲劳寿命分析
    5.5 铺底参数对裂纹疲劳扩展的寿命影响
    5.6 组合裂纹疲劳寿命分析
    5.7 小结
结论与展望
    主要结论
    创新点
    待研究的问题
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析[J]. 李又云,折惠东,赵越超,崔齐飞,张庭顺.  铁道标准设计. 2019(03)
[2]考虑温度与荷载耦合作用水泥混凝土路面裂缝的数值分析[J]. 窦远明,宋明轩,孙吉书,熊峰,郑姝妍.  混凝土. 2018(06)
[3]藤蔑山隧道仰拱底鼓的原因与控制对策[J]. 张国辉,杨建成.  公路交通科技(应用技术版). 2017(07)
[4]基底状况对山岭隧道仰拱结构受力的影响研究[J]. 肖支敏,任志华.  公路交通科技(应用技术版). 2017(06)
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博士论文
[1]高速铁路隧道仰拱结构力学特性与安全性评价[D]. 杜明庆.北京交通大学 2017
[2]基于断裂和损伤力学的无砟轨道静动力特性研究[D]. 林红松.西南交通大学 2009
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硕士论文
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[3]北京地铁无砟轨道开裂机理及其对列车运营安全的影响研究[D]. 方树薇.北京交通大学 2014
[4]轨道板开裂对无砟轨道结构动力特性的影响分析[D]. 张立鹏.石家庄铁道大学 2014
[5]基于断裂力学的连续双块式无砟轨道裂纹扩展研究[D]. 郝远行.西南交通大学 2013
[6]含裂纹CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道受力分析[D]. 吴欢.西南交通大学 2011
[7]无砟轨道耐久性研究与分析[D]. 刘扬.西南交通大学 2008
[8]水泥混凝土路面裂缝扩展机理及磨细矿渣改性超细水泥裂缝修补材料研究[D]. 王晓飞.长安大学 2005



本文编号：3021348