【摘 要】
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盾构隧道在运营过程中,受到外部施工的扰动,如上方堆载、邻近基坑开挖等,容易造成隧道收敛变形,严重时引发管片开裂、接缝张开及渗漏水。应对盾构隧道的病害问题,一般采用隧道内弧面加固的方法。超高性能混凝土是一种具有超高抗压强度、超高韧性、超高耐久性、超低渗透性的水泥基材料,与普通混凝土协调性优良,适用于钢筋混凝土的结构加固。为研究UHPC加固盾构隧道管片的力学性能,本文开展了UHPC加固盾构管片的足尺试
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盾构隧道在运营过程中,受到外部施工的扰动,如上方堆载、邻近基坑开挖等,容易造成隧道收敛变形,严重时引发管片开裂、接缝张开及渗漏水。应对盾构隧道的病害问题,一般采用隧道内弧面加固的方法。超高性能混凝土是一种具有超高抗压强度、超高韧性、超高耐久性、超低渗透性的水泥基材料,与普通混凝土协调性优良,适用于钢筋混凝土的结构加固。为研究UHPC加固盾构隧道管片的力学性能,本文开展了UHPC加固盾构管片的足尺试验,分析了在正、负弯矩下UHPC加固已损伤管片的抗弯性能。基于管片的加固试验,建立了有限元模型,根据管片在特定埋深下的的受力模式,进一步研究了UHPC加固管片的受力变形特性,探究轴力对加固效果的影响。最后,建立了盾构隧道管片纵缝的精细化模型,研究了UHPC加固盾构隧道管片纵缝的力学性能,分析了其破坏模式和加固效果。主要得到以下结论:(1)UHPC可以显著提高盾构隧道管片的承载能力、刚度和延性,控制裂缝宽度发展,加固层厚度和钢板厚度越大,加固效果越明显。(2)在正弯矩下,加载前期管片与加固层未出现剥离,管片与加固层协调变形,截面应变分布整体上符合平截面假定;加载后期UHPC-RC界面出现剥离裂缝,管片与加固层不再整体受力。负弯矩下,整个加载过程中界面未发生剥离,截面应变分布符合平截面假定。(3)在正弯矩下,试件的承载力随加固层厚度增加而增大,增速逐渐减缓;在负弯矩下,试件的承载力随加固层厚度的增加而增大。在正、负弯矩下,试件的初始刚度随加固层厚度增加而增大。在正弯矩下,试件的承载力随钢板厚度增加而明显增大;在负弯矩下,试件承载力对钢板厚度较不敏感,随钢板厚度的增加而略有增大。在正、负弯矩下,试件的初始刚度随钢板厚度增加而略有增大。管片在弯压组合受力状态时,UHPC依然可以有效提高管片的刚度,控制管片变形。无论在正弯矩还是负弯矩下,有轴力作用时,加固与未加固试件的承载能力均明显高于无轴力作用时试件的承载能力,轴力越大,承载能力越高。(4)UHPC加固层可以通过分担应力,改变管片纵缝的受力变形模式,延迟纵缝因局部破坏导致的整体破坏,更充分地利用管片本身的抗压强度,提高纵缝的转角刚度和承载能力。加固层厚度越大,管片纵缝承载能力和转角刚度越大;相较于正弯矩,试件在负弯矩下的转角刚度提高率增长更快。
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