叠合式衬砌结构抗外载特性足尺试验与数值研究
发布时间：2021-12-10 00:38
设计了一种探究"管片–自密实混凝土（SCC）–钢管"叠合式衬砌结构横向力学行为与变形特性的大型足尺试验方法,初步揭示了叠合式衬砌结构在非均匀外载下的变形及力学响应规律;结合三维精细化有限元模型,探讨了栓钉布设、衬砌类型、侧压力系数等因素对结构承载机理的影响。结果表明:在非均匀外载作用下叠合式衬砌的环向应力相比分离式衬砌较小,变形呈现"横椭圆"模式,且随荷载非均匀性增加,其变形规律越显著;栓钉布设有效地增强了钢管–SCC的界面性能,但对结构环向应力影响甚微。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
钢管内衬结构示意图
第12期李代茂，等.叠合式衬砌结构抗外载特性足尺试验与数值研究2259载（I）、加载（II）和卸载（III）3个阶段，变载速率为0.3kN/s，稳压40min完成各项监测数据的采集作业。I阶段均匀施加10kN推进力，并对加载结构体系进行对中定位；II阶段以25%峰值荷载梯度进行加载；III阶段以50%峰值荷载梯度进行卸载。其中，1P为加载控制值，4P由侧压力系数确定，其他加载点由1P，4P按角度插值确定。图2足尺模型试验Fig.2Full-scalemodeltest图3加载系统平面示意图Fig.3Diagramofloadingsystem2.3测量系统本文在应用传统测量手段的基础上，充分结合现代光纤传感技术，制定如图4所示的测量系统，具体方案如表1所列，主要采集界面相对位移、衬砌结构变形与应力响应等方面的数据。图4测量系统示意图Fig.4Diagramofmeasurementsystem表1测量方案Table1Measurementschemes传感器类型测量精度布置位置测量内容元件数量传统类钢筋计（振弦式）0.01MPa管片跨中截面（中环）钢筋应力内侧6支\外侧6支数显百分表（机械式）0.01mm管片外弧面（中环）全周径向变形12支测缝计（振弦式）0.001mm管片内弧面接头（中环）纵缝张开量12支数显千分表（机械式）0.001mm顶环管片端面界面相对位移16支（双向）光纤类光纤光栅裸栅应变计1με管片下层连接螺栓轴向应变中环6支\顶环6支分布式应变传感光缆2μεSCC（中环管片）SCC裂缝扩展外侧1道\内侧1道分布式应变传感光缆2με钢管（中环管片）
表3界面力学参数Table3Mechanicalparametersofinterface连接类型kt/(N·m-3)kn/(N·m-3)fct/(N·m-2)无栓钉3.0×1071.0×10114.0×106含栓钉8.0×1081.0×10112.5×107注：kt，kn，fct为切向刚度模量、法向刚度模量和抗拉强度。3.4约束条件与加载方式为确保计算的收敛性，对有限元模型采用图7所示的位移约束方式，即，在左、右腰处约束Y，Z向位移，在拱顶、底处约束X，Y向位移，前后环端面约束Y向位移。图7边界条件Fig.7Boundaryconditions按2.2节荷载施加位置和方式逐级施加荷载，对足尺模型外载试验全过程进行数值仿真模拟。基于Newton-Raphson迭代方法，采用能量准则判定收敛（收敛精度取1‰）。4承载机理分析为了探究叠合式衬砌结构在外部水土荷载作用下的承载机理，本文结合足尺模型试验，基于上述三维
【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构隧洞复合衬砌的荷载结构共同作用模型[J]. 杨光华,李志云,徐传堡,贾恺,姜燕. 水力发电学报. 2018(10)
[2]西江引水工程盾构输水隧洞设计[J]. 王志国,顾小兵,程子悦,温晓英. 水利水电工程设计. 2016(01)
[3]深埋圆形水工隧洞弹塑性应力和位移统一解[J]. 张常光,胡云世,赵均海,杨砚宗. 岩土工程学报. 2010(11)
[4]盾构压力隧洞双层衬砌的力学模型研究[J]. 张厚美,过迟,吕国梁. 水利学报. 2001(04)
[5]盾构式输水隧洞的计算模型及其工程应用[J]. 章青,卓家寿. 水利学报. 1999(02)
硕士论文
[1]“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[D]. 黄鸿浩.华南理工大学 2019
本文编号：3531596
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
钢管内衬结构示意图
第12期李代茂，等.叠合式衬砌结构抗外载特性足尺试验与数值研究2259载（I）、加载（II）和卸载（III）3个阶段，变载速率为0.3kN/s，稳压40min完成各项监测数据的采集作业。I阶段均匀施加10kN推进力，并对加载结构体系进行对中定位；II阶段以25%峰值荷载梯度进行加载；III阶段以50%峰值荷载梯度进行卸载。其中，1P为加载控制值，4P由侧压力系数确定，其他加载点由1P，4P按角度插值确定。图2足尺模型试验Fig.2Full-scalemodeltest图3加载系统平面示意图Fig.3Diagramofloadingsystem2.3测量系统本文在应用传统测量手段的基础上，充分结合现代光纤传感技术，制定如图4所示的测量系统，具体方案如表1所列，主要采集界面相对位移、衬砌结构变形与应力响应等方面的数据。图4测量系统示意图Fig.4Diagramofmeasurementsystem表1测量方案Table1Measurementschemes传感器类型测量精度布置位置测量内容元件数量传统类钢筋计（振弦式）0.01MPa管片跨中截面（中环）钢筋应力内侧6支\外侧6支数显百分表（机械式）0.01mm管片外弧面（中环）全周径向变形12支测缝计（振弦式）0.001mm管片内弧面接头（中环）纵缝张开量12支数显千分表（机械式）0.001mm顶环管片端面界面相对位移16支（双向）光纤类光纤光栅裸栅应变计1με管片下层连接螺栓轴向应变中环6支\顶环6支分布式应变传感光缆2μεSCC（中环管片）SCC裂缝扩展外侧1道\内侧1道分布式应变传感光缆2με钢管（中环管片）
表3界面力学参数Table3Mechanicalparametersofinterface连接类型kt/(N·m-3)kn/(N·m-3)fct/(N·m-2)无栓钉3.0×1071.0×10114.0×106含栓钉8.0×1081.0×10112.5×107注：kt，kn，fct为切向刚度模量、法向刚度模量和抗拉强度。3.4约束条件与加载方式为确保计算的收敛性，对有限元模型采用图7所示的位移约束方式，即，在左、右腰处约束Y，Z向位移，在拱顶、底处约束X，Y向位移，前后环端面约束Y向位移。图7边界条件Fig.7Boundaryconditions按2.2节荷载施加位置和方式逐级施加荷载，对足尺模型外载试验全过程进行数值仿真模拟。基于Newton-Raphson迭代方法，采用能量准则判定收敛（收敛精度取1‰）。4承载机理分析为了探究叠合式衬砌结构在外部水土荷载作用下的承载机理，本文结合足尺模型试验，基于上述三维
【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构隧洞复合衬砌的荷载结构共同作用模型[J]. 杨光华,李志云,徐传堡,贾恺,姜燕. 水力发电学报. 2018(10)
[2]西江引水工程盾构输水隧洞设计[J]. 王志国,顾小兵,程子悦,温晓英. 水利水电工程设计. 2016(01)
[3]深埋圆形水工隧洞弹塑性应力和位移统一解[J]. 张常光,胡云世,赵均海,杨砚宗. 岩土工程学报. 2010(11)
[4]盾构压力隧洞双层衬砌的力学模型研究[J]. 张厚美,过迟,吕国梁. 水利学报. 2001(04)
[5]盾构式输水隧洞的计算模型及其工程应用[J]. 章青,卓家寿. 水利学报. 1999(02)
硕士论文
[1]“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[D]. 黄鸿浩.华南理工大学 2019
本文编号：3531596
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