基于钢管混凝土部件的盾构隧道加固试验与分析
发布时间：2021-05-17 03:56
截止2018年底,我国内地已有35个城市相继建成并投运地铁,总运营里程超过5700km,其中绝大多数采用盾构隧道。随着盾构隧道广泛应用及其服役年限逐渐增长,各种病害日渐显现,开展盾构隧道的加固技术研究具有重要意义。钢板和FRP是盾构隧道加固工程中经常采用的加固部件,但前者用钢量较大、造价偏高,后者仅适用于隧道顶部加固。为此,本文提出了一种基于钢管混凝土部件的盾构隧道加固方法,并对其开展了试验研究和计算分析,主要工作及结论如下:1、开展了隧道管片接头的正弯矩和负弯矩加固试验,揭示了钢管混凝土加固管片接头的破坏机制,比较了钢管混凝土与钢板的加固效果,考察了钢管混凝土截面高度对加固效果的影响。研究表明:（1）无论是正弯矩还是负弯矩作用下,钢管混凝土加固试件的破坏均是由钢管混凝土与管片之间的连接失效所致;（2）相比未加固试件,钢管混凝土加固试件和钢板加固试件的承载力以及接头刚度均显著提升,钢管混凝土的用钢量虽然小于钢板,但在正弯矩作用下,前者的加固效果却明显优于后者,在负弯矩作用下前者的加固效果仍与后者大体相当;（3）无论是正弯矩还是负弯矩作用下,钢管混凝土的截面高度在456
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 隧道加固技术的研究现状
1.3 隧道计算分析的研究现状
1.4 隧道耐火性能的研究现状
1.5 本文研究主要内容
第二章 隧道管片接头正弯矩加固试验与分析
2.1 引言
2.2 试验概况
2.2.1 试件设计及制作
2.2.2 加载装置与测点布置
2.2.3 加载制度
2.3 试验结果与分析
2.3.1 宏观破坏形态
2.3.2 极限承载力
2.3.3 接头变形行为
2.3.4 加固部件的应变分布
2.4 本章小结
第三章 隧道管片接头负弯矩加固试验与分析
3.1 引言
3.2 试验概况
3.2.1 试件设计及制作
3.2.2 加载装置与测点布置
3.2.3 加载制度
3.3 试验结果与分析
3.3.1 宏观破坏形态
3.3.2 极限承载力和有效承载力
3.3.3 接头变形行为
3.3.4 加固部件受力行为
3.4 本章小结
第四章 高温后隧道管片接头正弯矩加固试验与分析
4.1 引言
4.2 试验概况
4.2.1 试件设计及制作
4.2.2 明火试验装置与测点布置
4.2.3 力学试验装置与测点布置
4.3 明火试验结果及分析
4.3.1 高温损伤形态
4.3.2 温度分布
4.4 力学试验结果及分析
4.4.1 宏观破坏形态
4.4.2 极限承载力
4.4.3 接头变形行为
4.4.4 加固部件受力行为
4.5 本章小结
第五章 钢板-混凝土锚粘连接的受剪性能试验与分析
5.1 引言
5.2 试验概况
5.2.1 试件设计及制作
5.2.2 加载装置与测点布置
5.2.3 加载制度
5.3 试验结果与分析
5.3.1 宏观破坏形态
5.3.2 加载端的力-位移曲线
5.3.3 极限承载力
5.3.4 荷载分配情况
5.3.5 最大局部粘结应力
5.4 锚粘连接的力学模型
5.4.1 极限承载力预测模型
5.4.2 界面粘结应力-滑移模型
5.5 本章小结
第六章 盾构隧道环加固的数值计算分析
6.1 引言
6.2 管片接头加固的计算模型验证
6.2.1 计算模型
6.2.2 模型验证
6.3 隧道环加固的计算分析
6.3.1 计算模型
6.3.2 钢管混凝土加固与钢板加固的对比
6.3.3 影响因素分析
6.3.4 局部加固效果
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维增强复合材料与钢材复合加固混凝土结构研究进展[J]. 卢亦焱. 建筑结构学报. 2018(10)
[2]植筋连接的后加混凝土-砌体组合墙体抗震性能试验研究[J]. 任晓崧,王显妤,周彬,孙华. 建筑结构学报. 2018(04)
[3]粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究[J]. 刘庭金,黄鸿浩,许饶,杨小平. 中国公路学报. 2017(08)
[4]盾构隧道衬砌管片接头张合状态力学模型及数值模拟[J]. 汪亦显,单生彪,袁海平,胡志祥,郭盼盼,曹平. 建筑结构学报. 2017(05)
[5]火灾下隧道结构温度特性及力学行为分析[J]. 沈奕. 现代隧道技术. 2016(06)
[6]钢管混凝土拱架在巷道支护中的发展与现状[J]. 李为腾,王乾,杨宁,李廷春,王刚,张玉华,玄超. 土木工程学报. 2016(11)
[7]火灾对原型盾构管片接头防水性能损伤试验研究[J]. 刘腾,袁大军,王安华,王虎,潘东. 土木工程学报. 2016(07)
[8]FRP加固盾构隧道纵缝接头试验研究[J]. 柳献,张晨光,张宸,蒋子捷. 铁道科学与工程学报. 2016(02)
[9]盾构隧道管片接头的易损性分析和评价[J]. 黄宏伟,沈贤达,王飞,张东明. 同济大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究[J]. 朱瑶宏,柳献,张晨光,张宸. 铁道科学与工程学报. 2015(06)
博士论文
[1]复合粘钢加固混凝土梁试验与理论分析研究[D]. 杨苏杭.东南大学 2016
[2]盾构隧道管片衬砌结构稳定性问题研究[D]. 郭瑞.西南交通大学 2014
[3]非连续接触计算模型在盾构衬砌力学特性方面的应用研究[D]. 李宇杰.北京交通大学 2012
[4]盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究[D]. 周海鹰.大连理工大学 2011
[5]隧道衬砌结构火灾高温力学行为及耐火方法研究[D]. 闫治国.同济大学 2007
[6]FRP-混凝土界面行为研究[D]. 陆新征.清华大学 2005
[7]纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究[D]. 任慧韬.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究[D]. 赵青.西南交通大学 2017
[2]火灾高温下盾构隧道管片接头损伤研究[D]. 王安华.北京交通大学 2016
[3]盾构隧道管片纵缝接头的加固试验与分析[D]. 臧建波.华南理工大学 2016
[4]直接剪切型锚栓群锚受剪性能试验研究[D]. 张鑫祥.重庆大学 2016
[5]盾构隧道管片接头密封垫的高温后性能研究[D]. 谭文怡.华南理工大学 2015
[6]钢板加固地铁盾构隧道纵缝接头承载性能的数值研究[D]. 周书扬.华南理工大学 2015
[7]盾构隧道衬砌结构的横向变形加固分析与试验研究[D]. 黄亮.华南理工大学 2015
[8]地铁盾构隧道钢板衬加固效果的数值试验研究[D]. 邹家南.华南理工大学 2014
[9]盾构隧道管片接头高温力学行为与结构剩余承载力研究[D]. 罗超.中南大学 2014
[10]高温下盾构隧道接缝结构受力特性分析及可靠度研究[D]. 黄叙.中南大学 2014
本文编号：3191022
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 隧道加固技术的研究现状
1.3 隧道计算分析的研究现状
1.4 隧道耐火性能的研究现状
1.5 本文研究主要内容
第二章 隧道管片接头正弯矩加固试验与分析
2.1 引言
2.2 试验概况
2.2.1 试件设计及制作
2.2.2 加载装置与测点布置
2.2.3 加载制度
2.3 试验结果与分析
2.3.1 宏观破坏形态
2.3.2 极限承载力
2.3.3 接头变形行为
2.3.4 加固部件的应变分布
2.4 本章小结
第三章 隧道管片接头负弯矩加固试验与分析
3.1 引言
3.2 试验概况
3.2.1 试件设计及制作
3.2.2 加载装置与测点布置
3.2.3 加载制度
3.3 试验结果与分析
3.3.1 宏观破坏形态
3.3.2 极限承载力和有效承载力
3.3.3 接头变形行为
3.3.4 加固部件受力行为
3.4 本章小结
第四章 高温后隧道管片接头正弯矩加固试验与分析
4.1 引言
4.2 试验概况
4.2.1 试件设计及制作
4.2.2 明火试验装置与测点布置
4.2.3 力学试验装置与测点布置
4.3 明火试验结果及分析
4.3.1 高温损伤形态
4.3.2 温度分布
4.4 力学试验结果及分析
4.4.1 宏观破坏形态
4.4.2 极限承载力
4.4.3 接头变形行为
4.4.4 加固部件受力行为
4.5 本章小结
第五章 钢板-混凝土锚粘连接的受剪性能试验与分析
5.1 引言
5.2 试验概况
5.2.1 试件设计及制作
5.2.2 加载装置与测点布置
5.2.3 加载制度
5.3 试验结果与分析
5.3.1 宏观破坏形态
5.3.2 加载端的力-位移曲线
5.3.3 极限承载力
5.3.4 荷载分配情况
5.3.5 最大局部粘结应力
5.4 锚粘连接的力学模型
5.4.1 极限承载力预测模型
5.4.2 界面粘结应力-滑移模型
5.5 本章小结
第六章 盾构隧道环加固的数值计算分析
6.1 引言
6.2 管片接头加固的计算模型验证
6.2.1 计算模型
6.2.2 模型验证
6.3 隧道环加固的计算分析
6.3.1 计算模型
6.3.2 钢管混凝土加固与钢板加固的对比
6.3.3 影响因素分析
6.3.4 局部加固效果
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维增强复合材料与钢材复合加固混凝土结构研究进展[J]. 卢亦焱. 建筑结构学报. 2018(10)
[2]植筋连接的后加混凝土-砌体组合墙体抗震性能试验研究[J]. 任晓崧,王显妤,周彬,孙华. 建筑结构学报. 2018(04)
[3]粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究[J]. 刘庭金,黄鸿浩,许饶,杨小平. 中国公路学报. 2017(08)
[4]盾构隧道衬砌管片接头张合状态力学模型及数值模拟[J]. 汪亦显,单生彪,袁海平,胡志祥,郭盼盼,曹平. 建筑结构学报. 2017(05)
[5]火灾下隧道结构温度特性及力学行为分析[J]. 沈奕. 现代隧道技术. 2016(06)
[6]钢管混凝土拱架在巷道支护中的发展与现状[J]. 李为腾,王乾,杨宁,李廷春,王刚,张玉华,玄超. 土木工程学报. 2016(11)
[7]火灾对原型盾构管片接头防水性能损伤试验研究[J]. 刘腾,袁大军,王安华,王虎,潘东. 土木工程学报. 2016(07)
[8]FRP加固盾构隧道纵缝接头试验研究[J]. 柳献,张晨光,张宸,蒋子捷. 铁道科学与工程学报. 2016(02)
[9]盾构隧道管片接头的易损性分析和评价[J]. 黄宏伟,沈贤达,王飞,张东明. 同济大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究[J]. 朱瑶宏,柳献,张晨光,张宸. 铁道科学与工程学报. 2015(06)
博士论文
[1]复合粘钢加固混凝土梁试验与理论分析研究[D]. 杨苏杭.东南大学 2016
[2]盾构隧道管片衬砌结构稳定性问题研究[D]. 郭瑞.西南交通大学 2014
[3]非连续接触计算模型在盾构衬砌力学特性方面的应用研究[D]. 李宇杰.北京交通大学 2012
[4]盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究[D]. 周海鹰.大连理工大学 2011
[5]隧道衬砌结构火灾高温力学行为及耐火方法研究[D]. 闫治国.同济大学 2007
[6]FRP-混凝土界面行为研究[D]. 陆新征.清华大学 2005
[7]纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究[D]. 任慧韬.大连理工大学 2003
硕士论文
[1]盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究[D]. 赵青.西南交通大学 2017
[2]火灾高温下盾构隧道管片接头损伤研究[D]. 王安华.北京交通大学 2016
[3]盾构隧道管片纵缝接头的加固试验与分析[D]. 臧建波.华南理工大学 2016
[4]直接剪切型锚栓群锚受剪性能试验研究[D]. 张鑫祥.重庆大学 2016
[5]盾构隧道管片接头密封垫的高温后性能研究[D]. 谭文怡.华南理工大学 2015
[6]钢板加固地铁盾构隧道纵缝接头承载性能的数值研究[D]. 周书扬.华南理工大学 2015
[7]盾构隧道衬砌结构的横向变形加固分析与试验研究[D]. 黄亮.华南理工大学 2015
[8]地铁盾构隧道钢板衬加固效果的数值试验研究[D]. 邹家南.华南理工大学 2014
[9]盾构隧道管片接头高温力学行为与结构剩余承载力研究[D]. 罗超.中南大学 2014
[10]高温下盾构隧道接缝结构受力特性分析及可靠度研究[D]. 黄叙.中南大学 2014
本文编号：3191022
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