“管片-SCC-钢衬”叠合式衬砌体系足尺结构试验设计与抗外载特性研究
发布时间：2021-05-12 03:27
水资源的可持续利用与优质充足的原水供给是经济社会持续发展的重要保障。为有效解决城市经济发展的用水矛盾和长期以来的水资源分布不均衡、水质差异大等问题,通过盾构输水隧洞进行长距离、跨流域调水是一项灵活、可靠的解决方案。针对抵抗高内压和反复水锤冲击、充分发挥岩土层围压对衬砌承受内载的有利作用等性能目标,提出采用“外衬管片-SCC（自密实混凝土）填充层-内衬钢管”的三层叠合式衬砌结构,形成联合受力体系,以提高结构的整体承载和耐久性能。然而,目前国内外对于三层叠合式衬砌结构的分析模型及理论研究尚不成熟;对于内、外衬联合承担外载的情况考虑不足;各层衬砌之间的传力和荷载分担机制还存在争议,缺乏充分的试验论证。本文以在建的珠江三角洲水资源配置工程为主要依托,针对“管片-SCC-钢衬”这一特殊型式盾构隧洞的结构特征,运用结构体系试验、局部构件试验、精细化数值仿真等手段对三层叠合式衬砌体系的横向力学行为与变形特性展开系统研究。本文主要工作和研究成果总结如下:（1）设计了大型复杂衬砌体系的原型结构试验实施方案,建立了基于分布式光纤的多层衬砌监测系统,开展了复杂外载作用下“管片-SCC-钢衬”三层叠合式衬砌体...
【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】：127 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多层衬砌发展现状
1.2.2 多层衬砌力学性能
1.2.3 多层衬砌分析模型
1.3 当前研究现状评价
1.4 本文主要工作及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 三层叠合式衬砌抗外载足尺结构试验
2.1 场地平台
2.2 试验构件
2.2.1 外衬管片
2.2.2 内衬钢管
2.2.3 中衬SCC
2.3 模拟系统
2.3.1 外部水土压力
2.3.2 纵向作用力
2.4 加卸载方案
2.5 监测指标
2.5.1 结构变形发展
2.5.2 界面相对位移
2.5.3 衬砌内力响应
2.5.4 SCC裂缝扩展
2.5.5 监测元件汇总
2.6 实施过程
2.6.1 底座准备
2.6.2 管片拼装
2.6.3 钢管加工
2.6.4 SCC施工
2.6.5 系统调试
2.7 本章小结
第三章 三层叠合式衬砌整体形变及界面相对位移特征
3.1 管片环径向变形
3.1.1 分布形态与变化趋势
3.1.2 侧压力系数的影响
3.1.3 栓钉设置的影响
3.2 管片接头张开量
3.2.1 分布形态与变化趋势
3.2.2 侧压力系数影响
3.2.3 有/无护罩封装对比
3.3 钢管环向应变
3.3.1 分布形态与变化趋势
3.3.2 侧压力系数影响
3.3.3 纵向位置的差异
3.3.4 栓钉设置的影响
3.4 界面相对剥离
3.5 界面相对滑移
3.6 本章小结
第四章 三层叠合式衬砌结构力学行为和传力规律
4.1 管片内力响应规律
4.1.1 钢筋混凝土衬砌内力算法
4.1.2 管片环截面内力分析
4.2 连接螺栓应变规律
4.2.1 分布形态与变化趋势
4.2.2 侧压力系数影响
4.2.3 栓钉设置的影响
4.3 SCC内力响应规律
4.3.1 素混凝土衬砌内力算法
4.3.2 SCC截面内力分析
4.4 SCC与管片截面内力分配
4.4.1 弯矩分配变化趋势
4.4.2 轴力分配变化趋势
4.4.3 侧压力系数影响
4.4.4 栓钉设置的影响
4.5 本章小结
第五章 基于界面性能的叠合式衬砌结构有限元分析
5.1 界面性能构件试验
5.1.1 试件设计
5.1.2 加载方案与测点布置
5.1.3 结果分析
5.2 界面性能数值模型
5.2.1 建模思路
5.2.2 材料本构
5.2.3 参数率定
5.3 结构体系数值模型
5.3.1 基本假定及简化
5.3.2 材料及本构参数
5.3.3 几何模型及网格
5.3.4 荷载及边界条件
5.4 数值仿真与足尺试验结果对比
5.4.1 结构整体径向变形
5.4.2 外衬管片接头张开
5.4.3 界面相对剥离/滑移
5.4.4 内衬钢管环向应变
5.4.5 中衬SCC环向应变
5.5 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3182641
【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】：127 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多层衬砌发展现状
1.2.2 多层衬砌力学性能
1.2.3 多层衬砌分析模型
1.3 当前研究现状评价
1.4 本文主要工作及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 三层叠合式衬砌抗外载足尺结构试验
2.1 场地平台
2.2 试验构件
2.2.1 外衬管片
2.2.2 内衬钢管
2.2.3 中衬SCC
2.3 模拟系统
2.3.1 外部水土压力
2.3.2 纵向作用力
2.4 加卸载方案
2.5 监测指标
2.5.1 结构变形发展
2.5.2 界面相对位移
2.5.3 衬砌内力响应
2.5.4 SCC裂缝扩展
2.5.5 监测元件汇总
2.6 实施过程
2.6.1 底座准备
2.6.2 管片拼装
2.6.3 钢管加工
2.6.4 SCC施工
2.6.5 系统调试
2.7 本章小结
第三章 三层叠合式衬砌整体形变及界面相对位移特征
3.1 管片环径向变形
3.1.1 分布形态与变化趋势
3.1.2 侧压力系数的影响
3.1.3 栓钉设置的影响
3.2 管片接头张开量
3.2.1 分布形态与变化趋势
3.2.2 侧压力系数影响
3.2.3 有/无护罩封装对比
3.3 钢管环向应变
3.3.1 分布形态与变化趋势
3.3.2 侧压力系数影响
3.3.3 纵向位置的差异
3.3.4 栓钉设置的影响
3.4 界面相对剥离
3.5 界面相对滑移
3.6 本章小结
第四章 三层叠合式衬砌结构力学行为和传力规律
4.1 管片内力响应规律
4.1.1 钢筋混凝土衬砌内力算法
4.1.2 管片环截面内力分析
4.2 连接螺栓应变规律
4.2.1 分布形态与变化趋势
4.2.2 侧压力系数影响
4.2.3 栓钉设置的影响
4.3 SCC内力响应规律
4.3.1 素混凝土衬砌内力算法
4.3.2 SCC截面内力分析
4.4 SCC与管片截面内力分配
4.4.1 弯矩分配变化趋势
4.4.2 轴力分配变化趋势
4.4.3 侧压力系数影响
4.4.4 栓钉设置的影响
4.5 本章小结
第五章 基于界面性能的叠合式衬砌结构有限元分析
5.1 界面性能构件试验
5.1.1 试件设计
5.1.2 加载方案与测点布置
5.1.3 结果分析
5.2 界面性能数值模型
5.2.1 建模思路
5.2.2 材料本构
5.2.3 参数率定
5.3 结构体系数值模型
5.3.1 基本假定及简化
5.3.2 材料及本构参数
5.3.3 几何模型及网格
5.3.4 荷载及边界条件
5.4 数值仿真与足尺试验结果对比
5.4.1 结构整体径向变形
5.4.2 外衬管片接头张开
5.4.3 界面相对剥离/滑移
5.4.4 内衬钢管环向应变
5.4.5 中衬SCC环向应变
5.5 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3182641
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