内张钢圈加固盾构隧道结构承载能力的试验研究——整环加固法

以内张钢圈整环加固盾构隧道为对象,采用足尺试验方法对整环加固工法下单环隧道衬砌的极限承载性能进行研究,描述加固结构破坏的试验现象,获得加固结构的荷载位移曲线,并结合试验现象及数据,分析得到加固结构的关键性能点。试验结果表明,整环加固后盾构隧道的刚度与强度相对于加固之前有明显提高;加固后结构的破坏主要为钢板与混凝土衬砌的黏结面破坏。研究成果可为工程实践提供理论支撑和技术指导。     

地铁盾构隧道衬砌结构变形及破坏探讨

盾构隧道衬砌结构的变形与破坏模式受接头的力学性能控制,但目前国内地铁盾构隧道接头形式多样,不同形式的接头对整环结构受力性能的影响机理还不清晰。基于足尺试验,分别研究单环、多环的国内典型地铁直螺栓接头衬砌结构、弯螺栓接头衬砌结构、快速接头衬砌结构的受力性能,对比分析其正常运营状态的变形、周边扰动下的破坏模式与极限承载力。结果表明：①通缝拼装盾构隧道衬砌结构的性能由纵缝接头性能决定,提高纵缝接头延性可使结构破坏模式从接头处连接件脆性断裂转变为结构整体失稳;②错缝结构性能取决于环间相互作用强弱,随着环间相互作用的增强,结构首个塑性铰位置从纵缝接头向管片本体转移;③可通过环间、环内的协调设计,优化结构正常运营状态基本受力性能,提高结构极限承载力并使结构发生延性破坏。     

连接螺栓对类矩形盾构隧道结构极限承载力影响的试验研究与分析

针对类矩形盾构隧道衬砌结构纵向接缝处弯矩正负性确定的特点,对纵向接缝连接螺栓位置进行了优化。基于结构整环足尺试验结果,对比分析了优化前后衬砌结构整体变形、接缝变形和螺栓应变的发展,研究了优化前后结构设计阶段受力性能、破坏机制、极限承载力和鲁棒性的异同。研究结果表明：①螺栓位置优化对结构设计阶段受力性能影响较小;②优化后结构在带缝工作阶段的受力性能明显提升,结构整体刚度提高,极限承载力提高30%;③优化后结构破坏呈延性破坏特征,属于塑性铰机制,结构结构整体安全性得到提高。     

内张钢圈加固盾构隧道的多环有限元模拟研究

内张钢圈作为传统的管片加固方法,用以应对盾构隧道处于不良工况下出现的结构破坏和变形过大等问题。在考虑环间力的作用下,运用MIDAS GTS NX对三环盾构管片进行精细化模拟,从管片的累计横向变形、错台以及构件塑性发展情况等方面衡量内张钢圈的加固效果。研究结果表明,管片的最大变形出现在腰部,加固后管片的累计横向变形可减小50%,管片整体未进入塑性状态;管片的最大错台出现在中环邻接块和标准块的接缝处,加固后最大错台大幅减小;内张钢圈加固法可延缓管片构件进入塑性和破坏状态,且有效降低环间作用力对中环管片的影响。     

盾构管片整环足尺寸模型试验研究综述

在地铁施工和运营期间,盾构管片在不良工况影响下经常出现变形过大和承载力降低等问题。以优化盾构管片受力和提高安全性能为目的,国内外学者通过整环足尺寸模型试验对管片变形性状和破坏关键性能点进行了大量研究。依据试验对象的不同,分别从未加固类管片和加固类管片对研究现状进行了总结和阐述,明确盾构管片结构整体变形、管片内力、接缝变形、管片裂缝、混凝土应变、接缝螺栓、管片错台量等发展情况,总结管片受力变形规律、极限承载力及破坏特征。明确国内外研究的不足,进一步优化加载装置、加载方式和加固技术,对未来该领域的研究提出进一步展望。     

通缝拼装盾构隧道衬砌结构抗倒塌性能的试验研究

针对周边卸载工况下通缝拼装盾构隧道衬砌结构的失效机制,提出拟静力试验方法,并完成衬砌结构抗倒塌性能足尺试验。基于试验成果与现象,对衬砌结构受力全过程进行分析,并对衬砌结构的破坏模式、极限承载力和整体安全度进行分析讨论。通过试验和计算得出结论:意外事件下衬砌结构的破坏属梁铰机制,当结构体系出现足够多塑性铰时,利用虚功原理可预估衬砌结构的极限承载力。采用结构的荷载储备比作为安全指标,周边卸载工况下衬砌结构整体安全系数可达到1.62。     

考虑界面效应的内张钢圈加固盾构管片结构力学性能研究

针对内张钢圈加固后的盾构管片结构,现有研究中多基于理想界面假设,忽略了钢-混凝土连接界面非连续变形特性,无法对结构的承载性能和破坏机制做出精细分析.将内聚力模型与扩展有限元方法相结合,考虑了加固结构连接界面的非连续变形特性,建立了可精确描述裂缝扩展过程的内张钢圈加固结构三维实体非线性模型,并利用足尺试验结果验证了计算的...     

嵌入式FRP筋加固梁抗弯承载力分析

通过两点静力荷载作用下3根表层嵌贴FRP筋加固的钢筋混凝土T形损伤梁的试验,研究了嵌入式FRP筋加固梁的破坏特征和受力性能。分析了FRP筋表面特征和FRP筋材料种类对加固梁破坏模式、极限承载力、刚度等方面的影响。试验结果表明:嵌入式FRP筋加固方法能显著提高梁的屈服荷载和极限承载力;加固量一定时,带肋CFRP筋加固梁的极限承载力最高,光圆GFRP筋加固梁的极限承载力最低。在试验研究的基础上,建立了剥离破坏模式下嵌入式FRP筋加固梁的抗弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态，当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变，导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点，设计小偏心加载的锈蚀试验柱，等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态，分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重，试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快，最大锈蚀率达到68.32%时，承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析，提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法，通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。     

喷射高韧性混凝土加固拱结构的力学性能试验研究

针对公路隧道混凝土二次衬砌的裂缝控制问题，设计制作了二次衬砌的拱结构缩尺模型，并分别在内表面喷射10 mm厚高韧性混凝土薄层、粘贴碳纤维布及二者组合的方法进行了加固。通过静力加载试验，对不同加固方式对拱结构承载力、径向变形、钢筋应变、破坏模式等力学性能进行了研究。结果表明：喷射10 mm高韧性混凝土将隧道二次衬砌拱结构的破坏模式由压剪破坏变为受压破坏，其起裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了13.6%、68.9%和29.9%，同时，初裂后刚度提升了63%，有效控制了拱结构的径向变形，提升了公路隧道二次衬砌在运营期的整体受力性能；而在相同受力条件下，粘贴碳纤维布的加固方法对拱结构的承载力及径向变形并没有起到明显的改善效果。     

通缝拼装盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究

针对轨道交通通缝拼装的盾构隧道结构的承载性能,进行结构的足尺静载试验。具体介绍试验方案和加载方案的设计,提供结构变形、管片裂缝、接缝变形和连接螺栓受力的发展情况以及破坏过程等试验结果;对结构的承载性能和破坏机理进行分析。足尺试验研究表明:试验结构的破坏由不同部位接缝混凝土先后受压破坏形成,属梁铰机制;管片接缝是隧道极限承载力的关键断面;周边卸载工况下结构的承载力安全系数比顶部超载工况小,对盾构隧道结构的承载更为不利。     

不同损伤程度下公路隧道粘钢加固效果试验研究

衬砌裂损是隧道常见病害形式，直接影响到结构承载力，粘钢加固作为结构补强的方式应用较多，但公路隧道粘钢加固后结构的承载性能和不同损伤程度下的粘钢加固效果研究较少。采用1∶10模型加载试验，研究了公路隧道在不同损伤程度下加固后结构的承载性能、受力变形特征和破坏过程，分析了粘钢加固效果、加固时机。研究结果表明：(1)原结构和加固结构在松动荷载作用下的变形过程均可分为4个阶段，但破坏特征及形态存在差异。(2)剩余承载力为50%F,30%F(F为原结构极限承载力)时加固，破坏荷载相对原结构提升50%,51%。在结构失效前施作钢板可有效提升其极限承载力，且受加固点荷载影响较小。剩余承载力为50%F,30%F时加固，最终变形量比原结构增加59%,56%，可降低脆性破坏风险。(3)加固结构破坏模式为拱顶大偏心受压破坏。(4)加固过晚时，钢板会因衬砌的表面裂缝及变形速度而难以有效黏结或长时间协同变形，导致加速破坏。建议将结构剩余承载力介于62%F至50%F作为公路隧道合理加固时机。     

预张拉碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

采用自行开发的锚具和张拉加固施工工艺,对12根钢筋混凝土梁进行了预张拉碳纤维布加固和单调静力加载试验.通过试验,研究了加固梁的破坏模式和破坏机理,分析了持荷力水平、碳纤维布预张拉应变和加固量对构件受力性能的影响.结果表明,采用预张拉工艺加固钢筋混凝土梁,梁端锚具具有很好的锚固作用,能有效避免碳纤维布端部剥离;提高碳纤维布的工作应变,可使抗拉强度得到充分利用;增加碳纤维布预拉应变和碳纤维布用量可提高梁的承载力,改善梁的使用性能;对于极限状态下碳纤维布被拉断这一破坏模式,加固时梁上的持荷水平对预张拉碳纤维布加固梁的极限承载力影响不大.另外,给出了加固梁截面抗弯承载力的计算公式和加固设计建议.     

波纹钢加固盾构隧道结构破坏机制的足尺试验研究

文章以在具有9 cm收敛变形的盾构隧道上进行波纹钢加固为背景,对超载工况下波纹钢加固盾构隧道结构的力学性能进行了足尺试验研究。具体介绍了试验方案设计,提供了结构变形、界面剪切、界面剥离、波纹钢应变的发展情况和破坏过程等试验结果,并对加固结构的受力特点和破坏机制进行了分析。试验结果表明：波纹钢是一种有效的盾构隧道加固方法。在试验工况下能够承担4.5 m的上覆土增量荷载。波纹钢加固结构的主要破坏原因为波纹钢-管片粘结界面的破坏。界面破坏可分为界面剪切与界面剥离两种类型,均主要发生在转动变形较大的隧道顶部、腰部纵缝附近。     

地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究与解析分析

当前地铁运营实践和研究表明管片接缝是盾构隧道衬砌结构的薄弱环节,接缝的受力性能直接决定了隧道结构的承载能力。依托于整环试验研究结论,以盾构隧道管片纵缝接缝为研究对象,对不同运营工况下管片接缝的承载性能进行了足尺试验研究,获得不同工况下构件挠度、接缝转角等变化规律,得到转角刚度。分析得到了纵缝接缝的破坏链条,推导了可模拟接缝受力全过程的解析模型分析了纵缝接缝的全过程受力性能及其极限承载力。并借此模型对接缝截面与全截面受力变形进行对比分析,通过试验数据与解析模型数据的对比分析验证解析模型的合理性。     

新建盾构隧道施工对已建暗挖隧道的影响研究

以工程实例为背景,采用ANSYS有限元软件就新建盾构隧道施工对已建成的暗挖隧道可能产生的影响进行了分析,根据计算结果,提出了对既有隧道的加固措施,测试结果表明在盾构通过既有隧道期间,既有隧道内的加固体系受力在允许值范围内,确保了既有隧道结构安全。     

盾构邻近既有隧道施工控制技术及影响分析

针对盾构邻近既有暗挖隧道施工影响及其加固控制技术,依托某地铁车站区间隧道及其附属停车场站出入线工程开展研究。首先介绍了工程包含的近接施工特征与相应的加固措施,并借助ABAQUS建立了包含地层、新建盾构隧道和既有暗挖隧道等结构的三维精细化数值模型。结合设计划分的近接施工范围,进行盾构掘进施工条件下的暗挖隧道初支和套拱等加固结构的受力变形分析。重点讨论了暗挖隧道衬砌的变形情况及应力分布规律,并分析了套拱和横撑在加固体系中的功能性占比。最后,根据不同结构的受力变形结果判断了加固技术的可靠性。结果显示:盾构隧道开挖使得既有暗挖隧道受到了一定的挤压效应,暗挖隧道整体表现为远离盾构隧道的变形趋势;套拱比横撑承担了更大的附加荷载;加固措施的存在有效保证了既有暗挖隧道衬砌结构的安全。     

面内受弯玻璃肋板钢片加固性能试验研究

在保证面内受弯玻璃肋板平面内稳定的前提下,通过对原玻璃肋板和不锈钢条加固玻璃肋板的极限承载试验研究,分析构件加固前后试件破坏的荷载-位移曲线及破坏机理,判断该加固方法的可行性,为玻璃肋板加固设计提供依据。试验结果表明,该加固方法可以有效改善玻璃肋板的受力性能,提高玻璃肋板的极限承载力和延性;由于应力集中的原因,构件首先在两种材料交接处产生破坏。     

活性粉末混凝土加固钢筋混凝土柱轴压性能试验研究

研究了活性粉末混凝土(RPC)加固法加固钢筋混凝土柱的轴压性能及影响因素。对5根钢筋混凝土柱进行了一次受力轴心受压试验,将其中4根加固柱试验结果与另外1根未加固柱试验结果进行对比。结果表明,RPC加固法是一种有效的加固方法,能够显著提高加固柱的极限承载力、峰值应变、开裂荷载、延性、刚度及抗裂性能,有效地改善加固柱的裂缝分布形态及破坏模式。RPC加固法可以大幅度提高构件的极限承载力和延性,约束裂缝的发展。最后,给出了加固柱受压极限承载力计算公式,该公式所得计算值与试验结果吻合较好。     

外贴FRP条带加固RC双向板的试验研究及承载力计算

对3组9个简支外贴纤维条带加固RC双向板进行试验研究。外贴纤维条带采用均匀布置和跨中板带加密布置两种粘贴方式。试验中考察了加固板的抗裂性能、变形能力、刚度、裂缝分布等受力性能,对外贴玻璃纤维条带加固RC双向板极限状态时的破坏特征和极限承载能力进行了重点研究。研究结果表明:外贴纤维条带加固能有效延缓裂缝的出现、抑制裂缝的开展、改善结构的抗裂性能及提高结构的极限承载力,加固板的刚度也有一定的提高,但延性略有降低。通过对试验数据的回归,提出双向受力作用下,纤维剥离应变计算公式,分析普通板和纤维加固板板单元截面抵抗弯矩的区别,探讨外贴纤维条带对双向板极限承载力的贡献以及纤维加固双向板板单元截面抵抗弯矩的取值。采用屈服线理论,建立纤维加固板的极限承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。研究成果可供实际加固改造工程参考。