盾构隧道管片纵缝接头的加固试验与分析

发布时间：2017-07-08 17:22

  本文关键词：盾构隧道管片纵缝接头的加固试验与分析

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【摘要】：管片接头是盾构隧道衬砌环结构最薄弱的部位,对结构的综合性能起着控制性作用,但目前有关该类接头的加固策略还相对较少。课题组前期就正弯矩作用下采用槽钢部件加固该类接头的可行性进行了初步探讨,在此基础上本文进一步就负弯矩作用下以及火灾后上述加固策略的有效性进行探讨。主要工作如下:1、在用钢量相同的情况下,分别采用槽钢和钢板作为加固部件,开展了3个加固后管片纵缝接头在负弯矩作用下的力学性能试验,对比了两种加固部件的加固效果。研究表明:(1)钢板加固试件和槽钢加固试件相比未加固试件的有效承载力提高幅度分别达85%和121%,相同荷载水平下槽钢加固试件的外弧面张开量明显小于钢板加固试件;(2)钢板加固试件和槽钢加固试件的竖向荷载-接头挠度曲线呈现出较明显的双折线特征,二者初始刚度基本一致,但加载后期后者比前者具有更好的变形抵御能力;(3)加固部件的应变主要集中在距离接头±250 mm范围内,可通过加强该范围内的锚固措施以进一步提高加固效果。2、采用有限元软件ABAQUS,建立了管片纵缝接头的三维计算模型,在用钢量相同的情况下,分别考察了正、负弯矩作用下采用不同型号和不同数量槽钢部件加固后接头的力学行为。研究表明:为减少加固部件对隧道限界的影响,适当降低槽钢部件的截面高度并增大其长度或增加其数量,不仅对加固后接头的前期刚度无明显影响,而且正弯矩作用下加固后接头的承载能力和后期刚度还有所提高,但这种做法对提高加固后接头的负弯矩承载能力没有效果。3、开展了5个管片纵缝接头的明火试验,以及火灾后未加固/加固试件在正弯矩作用下的力学性能试验,考察了高温后接头的剩余力学性能以及槽钢部件对火损接头的加固效果。研究表明:(1)管片混凝土的高温爆裂主要集中在内弧面的中部位置,接头附近未发生爆裂,爆裂初始时刻集中在升温后10 min左右,爆裂持续时间12~22 min,最大爆裂深度约为钢筋保护层厚度;(2)受火120 min后,橡胶密封垫靠受火侧的温度约60~90℃,接头处螺栓表面温度约550~600℃,定位棒温度约100~120℃;(3)采用槽钢部件加固后,火损试件的承载能力相比未加固试件明显提高,甚至超过常温对比试件,且刚度亦明显改善。
【关键词】：盾构隧道 管片 纵缝接头 加固 高温
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 隧道管片纵缝接头计算模型12-15
• 1.2.2 隧道管片纵缝接头力学性能15-16
• 1.2.3 隧道耐火性能16-17
• 1.2.4 隧道衬砌结构修复加固17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第二章 负弯矩作用下隧道管片纵缝接头的加固试验研究20-39
• 2.1 引言20
• 2.2 试验概况20-29
• 2.2.1 试件设计与材料特性20-23
• 2.2.2 加固处理23-24
• 2.2.3 测点布置24-26
• 2.2.4 试验装置26-28
• 2.2.5 加载步骤28-29
• 2.3 试验结果与分析29-37
• 2.3.1 宏观破坏形态29-33
• 2.3.2 承载能力33
• 2.3.3 接头挠度33-34
• 2.3.4 接头张开量34-35
• 2.3.5 螺栓与混凝土应变35-36
• 2.3.6 加固部件应变36-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 隧道管片纵缝接头的加固分析39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 数值模型39-45
• 3.2.1 模型概况39-41
• 3.2.2 本构关系41-43
• 3.2.3 荷载及边界条件43
• 3.2.4 计算工况43-45
• 3.3 模型验证45-46
• 3.4 计算结果与分析46-49
• 3.4.1 接头挠度46-47
• 3.4.2 张开量47-48
• 3.4.3 加固部件应变48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 火灾后隧道管片纵缝接头的剩余力学性能与修复加固的试验研究51-73
• 4.1 引言51
• 4.2 试验概况51-60
• 4.2.1 试件设计与材料特性51-55
• 4.2.2 测点布置55-57
• 4.2.3 明火试验装置57-58
• 4.2.4 力学性能试验装置58-60
• 4.3 试验结果与分析60-72
• 4.3.1 宏观破坏现象60-62
• 4.3.2 混凝土高温爆裂62-64
• 4.3.3 温度分布64-67
• 4.3.4 高温变形67
• 4.3.5 承载能力67-68
• 4.3.6 接头挠度68-69
• 4.3.7 接头张开量69
• 4.3.8 混凝土与钢筋应变69-70
• 4.3.9 加固部件应变70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 结论与展望73-75
• 参考文献75-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-83

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本文编号：535571