地铁隧道无筋钢纤维混凝土管片裂缝发展分析研究

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1、国内图书分类号：U231+.3密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文地铁隧道无筋钢纤维混凝土管片裂缝发展分析研究年级二〇一五级姓名刘若愚申请学位级别工程硕士专业建筑与土木工程指导老师王志杰教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:U231+.3U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisResearchoncrackdevelopmentofnosteelbarsubwaysegmentwithsteelfiberreinforcedconcreteGrade

2、:2015Candidate:LiuRuoyuAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:ConstructionandCivilEngineeringSupervisor:Prof.WangZhijieMay，2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要地铁在全国的发展越来越快，随之而来的是越来越多的地铁管片开裂、掉块等影响结构承载能力和耐久性的问题。钢纤维混凝土作为一种解决方法，受到了很大的关注。在普通混凝土中引入钢纤维，可以在结构开裂后提供一定的残余抗拉强度，以此有效的提高结构的韧性和耐久

3、度，并在一定程度上减少钢筋用量，甚至可以在一些结构中直接使用无筋钢纤维混凝土结构，由钢纤维来承担结构的拉应力，但对于不设置钢筋的钢纤维混凝土裂缝发展的研究有所不足。因此无筋钢纤维混凝土的裂缝发展研究分析对于它的推广和应用是迫切需要的。本文以沈阳地铁9号线一期工程曹仲车辆盾构段为研究背景，进行了基础力学试验和构件试验，着重研究了无筋钢纤维混凝土随荷载变化的裂缝发展情况，对裂缝在各级荷载组合下的宽度、高度和间距数据进行记录和统计分析，采用理论推导、机理分析和数值模拟方法进行研究。以此主要进行了如下工作：1、进行6种不同基体混凝土强度、不同钢纤维种类和不同

4、钢纤维掺量组合的轴压和残余弯拉强度试验，结果分析表明，在残余弯拉强度试验中应用的切口梁，当切口位移达到1.5mm~2.5mm时C50混凝土和4D钢纤维组合的梁具有较大承载力，切口处位移继续增大则钢纤维抗拉强度成为梁抗弯性能主要影响因素，掺入5D钢纤维的混凝土承载力更大。2、通过2400mm×400mm×300mm的无筋钢纤维混凝土梁压弯梁和倾角梁试验，对比分析相同荷载偏心距下，不同抗拉抗压强度的两种类型梁的试验数据，结果表明对于无筋钢纤维混凝土构件，其抗拉强度应为其主要考虑因素。若钢纤维混凝土抗压强度一定，抗拉强度提高越大，其相应的承载能力越高，越容

5、易满足设计要求。3、通过运用无筋钢纤维混凝土压弯梁模拟地铁管片在荷载作用下的裂缝发展情况，对裂缝在各级荷载组合下的宽度、高度和间距数据进行记录和统计分析，总结出了无筋钢纤维混凝土裂缝发展机理和规律，并结合纤维混凝土增强机理，着重研究了裂缝宽度和高度发展与荷载变化之间的相互关系，通过理论分析、数据拟合和公式推导得到相互之间的计算方法。4、运用ABAQUS有限元分析软件对无筋钢纤维混凝土试验过程进行数值模拟分析，计算模型采用塑性损伤模型，模型参数运用钢纤维混凝土本构关系参数和对Loland西南交通大学硕士研究生学位论文第II页损伤模型计算方法进行修正得到

6、无筋钢纤维混凝土的受拉损伤因子。通过数值模拟，较好反映了无筋钢纤维混凝土构件多点开裂的特性，将该结果与现场试验结果对比分析，可看出他们裂缝发展趋势基本相似，荷载内力计算合理。再运用该方法模拟分析无筋钢纤维混凝土管片的承载能力，证明了无筋钢纤维混凝土在地铁盾构管片中是有用武之地的。关键词：盾构隧道管片；无筋钢纤维混凝土；裂缝发展；试验分析；数值模拟西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractWiththerapiddevelopmentofsubwayinChina,moreandmoresubwaysegmentscrackandspal

7、l,whichaffectthestructuralbearingcapacityanddurability.Asasolution,steelfiberconcretehasreceivedgreatattention.Steelfiberisintroducedintoordinaryconcrete,whichcanprovideacertainresidualtensilestrengthafterthestructurecracking,soastoimprovethetoughnessanddurabilityofthestructure

8、effectively.Inaddition,thiscanreducetheamountofrebars,