碳纤维混凝土力学性能及在盾构管片中的应用研究

发布时间：2022-08-13 14:38

　　随着我国经济的飞速发展,越来越多的城市为了交通便利,将更多的资金投入到地铁工程的建设中。如今地铁工程中盾构管片的主要材料是以普通钢筋混凝土为主,但是由于普通混凝土属于脆性材料,抗拉性能比较弱,在运输和生产的过程容易发生缺角、开裂、破损等现象,不仅会降低施工的效率,而且还会对整个隧道的使用寿命造成不利的影响。鉴于普通混凝土管片的不足,提出采用碳纤维混凝土来替代普通混凝土材料,可以很好的改善普通混凝土管片的缺陷,碳纤维具有阻裂、增韧、耐久性等方面的优势,可以为提高地铁隧道的安全性提供有效的帮助。本文开展了碳纤维混凝土的性能试验研究,对混凝土做了立方体抗压、轴心抗压、抗折、劈裂抗拉、单轴循环试验,旨在研究加入碳纤维对于混凝土力学性能的提升。并与地铁管片进行结合,用软件ANSYS进行数值模拟管片模型,模拟结果说明碳纤维混凝土对改善普通混凝土管片的缺陷具有良好的效果,最后验证了碳纤维管片在实际应用中的可行性,本论文完成的主要工作为:（1）试验制备5mm,10mm,20mm长度和掺量为0.08%,0.16%,0.24%,0.32%的碳纤维混凝土试块,对其进行抗压,抗拉,抗折,轴压试验。研究其破坏形... 

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究的背景和意义
        1.1.1 普通混凝土的特点
        1.1.2 不同种类纤维的优缺点
        1.1.3 碳纤维混凝土应用在地铁中的优势
    1.2 碳纤维混凝土的研究现状
    1.3 碳纤维混凝土管片的研究现状
    1.4 碳纤维混凝土的增强机理
        1.4.1 基本理论
        1.4.2 机理的分析
    1.5 本文的研究内容和技术路线
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 技术路线
2 碳纤维混凝土力学性能试验
    2.1 试验材料和仪器
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 试验仪器
    2.2 试验配合比及试件制作
        2.2.1 试验配合比
        2.2.2 试件制作过程
    2.3 混凝土抗压强度试验
        2.3.1 试验方案
        2.3.2 试验分析
        2.3.3 破坏形态分析
        2.3.4 应力应变曲线分析
        2.3.5 曲线特征点分析
        2.3.6 本构关系研究
        2.3.7 受压韧性
    2.4 循环荷载下混凝土受压试验研究
        2.4.1 试验方案
        2.4.2 应力应变曲线分析
        2.4.3 塑性应变
        2.4.4 刚度退化
        2.4.5 应力退化
    2.5 劈裂抗拉强度试验
        2.5.1 试验方案
        2.5.2 试验分析
    2.6 抗折强度试验
        2.6.1 试验方案
        2.6.2 试验分析
    2.7 C50碳纤维混凝土力学性能试验
        2.7.1 试验配合比
        2.7.2 试验结果
    2.8 碳纤维和混凝土强度等级的匹配性
        2.8.1 影响规律
        2.8.2 分析原因
    2.9 本章小结
3 碳纤维混凝土地铁管片数值模拟分析
    3.1 盾构隧道内力计算
        3.1.1 盾构隧道2D结构模型
        3.1.2 惯用修正法
        3.1.3 有限元数值模拟法
        3.1.4 荷载计算
        3.1.5 工程实例和有限元模拟
    3.2 管片配筋优化设计
        3.2.1 管片分块方案
        3.2.2 碳纤维混凝土管片配筋计算
        3.2.3 碳纤维混凝土管片配筋优化问题
        3.2.4 普通混凝土和碳纤维混凝土管片经济性分析
    3.3 管片抗弯性力学性能数值模拟
        3.3.1 模型和单元的选择
        3.3.2 管片模型和参数选取
        3.3.3 结果分析
    3.4 本章小结
4 结论和展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3677221