盾构管片纵向接缝承载力原型加载实验

在地铁区间盾构隧道的衬砌环结构的设计中,管片间接头处往往是结构的薄弱部位。为验证纵向接缝的极限抗弯承载力,采用新型液压加载装置,针对国内地铁区间隧道常用的通缝拼装的管片纵向接缝进行了足尺加载试验。得到接头在压弯工况下的极限弯矩和极限变形,同时总结归纳了接头达到承载力极限状态的破坏现象,为纵向接缝力学性质的研究提供了一些参考。     

输气盾构隧道原型管片接缝弯压破坏试验

长距离输气盾构隧道常需穿越复杂地层,接缝作为衬砌结构的薄弱环节,构造复杂,在大弯压荷载下变形易超出设计要求而导致破损。为探明接缝的压弯力学特性和破坏机理,选取原型弧形接缝结构进行加载试验。详述接缝影响范围内管片受力、变形、破坏的全过程,定量分析破坏程度与结构内力、形变的关联。结果表明：偏心距可影响接缝变形的挤压、隆起趋势从而影响结构的弯矩分布。在压弯作用下,接缝经历了螺栓屈服前缓慢变形阶段、屈服时突变阶段和屈服后快速变形破坏阶段。接缝破坏时变形量较小,两侧被压溃的混凝土范围约等于管片厚度。破坏机理可归纳为：螺栓屈服导致接缝张开,致使弹性密封垫下部接触受压区面积减小、压强增大造成混凝土压溃,进而外弧边沿嵌缝槽处混凝土受压接触并最终压溃,导致接缝破坏。     

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。     

天津地铁盾构隧道管片接缝防水设计探讨

盾构隧道防水设计应遵循"以防为主、多道设防、综合治理"的原则,在管片自防水的基础上,以管片接缝防水为设计重点,在参考国内同类盾构隧道防水设计经验的基础上,结合天津地铁5、6号线盾构隧道管片接缝防水设计,通过大量工程案例调研,对普通环环纵缝接缝防水设计及嵌缝方式进行了探讨,可为类似工程提供一定参考。     

地铁盾构隧道足尺整环结构极限承载能力试验研究

为研究地铁隧道衬砌在侧向荷载作用下的极限承载力和变形能力,上海申通地铁集团有限公司和同济大学近期完成了基于地铁隧道变形治理的衬砌整环极限承载能力试验研究。介绍了地铁衬砌结构整环试验的研究内容,包括加载装置、荷载设计、测试内容以及部分试验结果等。     

内张钢圈加固盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究

为提高既有盾构隧道结构的极限承载力,以通缝拼装盾构隧道结构为对象,设计了两种加固类型的足尺试验。对试件进行了模拟上部堆载作用下的静力加载试验,分析了结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,考察了内张钢圈加固方法对于提高结构受力性能的作用。研究表明:内张钢圈加固方法是一种合理有效的加固方法,能显著提高既有盾构隧道的整体刚度和承载能力;采用整环或半环方式加固后盾构隧道结构的受力性能相近,加固结构的破坏模式均是由于局部粘结失效所导致的结构破坏。     

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。     

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。     

高水压盾构隧道新型管片接缝密封性试验研究

针对高水压盾构隧道新型管片接缝的密封性能,通过遇水膨胀橡胶密封垫水密性试验和耐久性试验,研究了管片接缝的防水性能,并获得了反映遇水膨胀橡胶密封垫防水性能和耐久性能的关键参数,以期为同类型隧道在轨道交通中的应用和推广提供技术支持。结果显示,对于遇水膨胀橡胶密封垫水密性试验,在双缝张开量3 mm、错缝2 mm工况下,水密性试验全部满足设计水压值0.8 MPa,且极限压力分别为1.5 MPa、1.5 MPa和1.0 MPa,有较大的安全储备;对于遇水膨胀橡胶密封垫耐久性水密试验,在双缝张开量3 mm、错缝2 mm工况下,有两组试验达到设计水压,极限压力分别为1.4 MPa和1.3 MPa,老化后的极限承压能力略有下降。     

盾构隧道错缝拼装管片衬砌局部原型结构破坏试验

为探明盾构隧道管片衬砌的局部破坏特性,定量评价结构的安全状态,选取考虑前后环错缝拼装组合的原型管片结构局部构件进行加载试验研究。详述结构裂缝的发展、主应力的分布、螺栓的受力与管片内力、变形以及接缝张开、错台的关系,揭示结构的破坏机理,并采用数值计算对试验结果进行验证。研究结果表明：结构初始裂缝出现在中间环内弧面靠近相邻环接缝处,并发展成为最终破坏的主裂缝。在恒定截面轴压比、增大偏心距的加载方式下,结构中部为压弯破坏,两侧为压剪破坏。试件接缝并未发生破坏,张开量较小,错台量较大,手孔附近应力集中较为严重。错缝构件的破坏机理可归纳为：结构刚度较大的区域首先开裂,导致整体刚度重分布,之后刚度较大的区域继续开裂,如此循环,直至结构变形过大发生破坏。可将裂缝宽度、接缝错台量与控制截面竖向位移作为结构安全的评价指标。     

Experimental investigation of the ultimate bearing capacity of continuously jointed segmental tunnel linings

The serviceability of segmental tunnel linings is attracting more and more attention within the operation of urban rail traffic. Full-scale tests are herein conducted to determine the ultimate bearing capacity of continuously jointed segmental tunnel linings, considering changes of surrounding environment. The design of tested linings and loading schemes are described. The most important results are the evolution of deformations, cracking and opening of joints and forces in bolts. The bearing capacity, role of joint bolts and failure mechanism of the tested linings are analysed. It is found that failure of these linings is caused by the failure of joints. Thus, in order to optimise structural design of tunnel linings, more attention needs to be paid to maximise the joint strength. It is also found that circumferential joint bolts could take action and offer the safety margin in connection with the response of segmental structures. What’s more, a comparison of different experimental loading conditions has shown that segmental lining structures are more vulnerable to lateral unloading than to overload conditions.     

Experimental investigation of the ultimate bearing capacity of deformed segmental tunnel linings strengthened by epoxy-bonded steel plates

In order to develop an effective method to increase the load-bearing capacity of deformed segmental tunnel linings, full-scale tests concerning the ultimate bearing capacity of the linings, strengthened by steel plates, were conducted. The design of the tested linings and the loading scheme are described in this paper. In addition to the bearing capacity, the failure mechanisms of the tested linings were investigated. It was found that bonding of steel plates to the deformed segmental tunnel linings is an effective and practical method for strengthening segmental tunnel linings, thereby enhancing both their ultimate bearing capacity and their overall stiffness. The behaviour of these structures under loading is similar, no matter whether they are strengthened by full-ring or so-called semi-ring steel plates. The failure of the strengthened linings is the consequence of local failure of the bond between the steel plates and the tunnel segment. Therefore, the success of the proposed strengthening method strongly depends on the bonding capacity.     

Experimental investigation of the ultimate bearing capacity of deformed segmental tunnel linings strengthened by epoxy-bonded filament wound profiles

A new strengthening method employing epoxy-bonded filament wound profiles (FWPs) has been applied to shield tunnels subject to large deformation. Full-scale tests were conducted on the ultimate bearing capacity of linings strengthened by the new method. With consideration for secondary loading, the strengthening measures were applied when the lining deformation reached 120 mm (0.02D). The failure phenomena are described, and the main loading process results were obtained, including load-displacement curves, cracking, and joint openings. The failure mechanisms, the key performance points, and bearing capacities of the tested strengthened linings are discussed and analysed. In addition, a comparison was made between two FWP strengthening methods as well as with epoxy-bonded steel plate strengthening methods. The results show that the epoxy-bonded FWP method is effective and practical for strengthening segmental tunnel linings, which can improve both the ultimate bearing capacity and overall stiffness of the structures. The failure of the strengthened linings is primarily caused by bond failure between the FWPs and the concrete lining segments, indicating that the bonding capacity of the adhesive is of great importance when utilising the proposed strengthening method.     

空间圆钢管相贯节点极限承载力分析

以塔桅工程中空间圆钢管相贯节点为背景,应用有限元程序对其进行轴向拉、压极限状态的数值模拟.分析节点在荷载作用下局部应力分布、主管鞍点的荷载变形关系,对支管搭接的影响、应力集中系数和节点极限承载力进行探讨,提出在节点区局部采用钢管混凝土改善受力条件的可行性.     

盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型研究

盾构隧道管片接头承载力的计算是管片设计和服役性能评估的重要部分和关键部分,针对形式相同而细部构造不同的管片接头,提出一套适用于其抗弯承载力计算的理论方法十分重要。鉴于此,文章基于接缝面的不连续特征将接缝面进行适当分区,建立盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型,并给出对应的求解算法。将理论模型的计算结果与接头足尺试验结果进行对比分析,验证理论模型的正确性,然后采用该计算模型对管片接头抗弯承载力进行分析与讨论。结果表明：管片接头抗弯承载力曲线具有明显的非线性特征,随着轴力的增大,接头极限弯矩呈先增大后减小的趋势。混凝土强度对于接头抗弯承载力的影响较为显著,而螺栓强度和螺栓直径对于接头抗弯承载力的影响程度受轴力控制,轴力较小时,上述两参数的增大对于接头抗弯承载力的提升效果明显,轴力较大时效果逐渐减弱,当轴力高于某一阈值后,螺栓对于接头抗弯承载力无影响。文章所提出的抗弯承载力计算模型与研究结果以期为盾构隧道结构设计、试验和性能评估提供重要参考。     

大断面类矩形盾构隧道管片接头极限抗剪切#br# 承载力试验研究

类矩形盾构隧道具有断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点,在城市高密度区域具有广泛的应用前景。相较于广泛使用的圆形隧道,类矩形隧道由于自身成拱效应较差,隧道肩部接头结构易产生较大的剪切荷载,有必要对接头的剪切性能进行研究。文章以某大断面类矩形盾构隧道为原型,以混凝土管片接头为试验对象,采用足尺试验方法对其抗剪切性能进行研究,归纳宏观破坏现象,获得了剪轴比（接头剪力/轴力）-相对错台量关系等整体力学响应特性,得到了剪力-螺栓应变曲线和剪力-混凝土表面应变等局部力学响应特性,并引入数字照相分析技术（DIC）对接头结构的开裂破坏全过程进行记录,分析剪切裂缝的扩展规律,最后对结构的抗剪承载性能进行评价。基于试验数据总结了管片错台随剪轴比的“四阶段”变化规律：克服摩擦阶段（剪轴比小于0.4）、间隙闭合阶段（剪轴比为0.4~0.75）、抗剪强化阶段（剪轴比为0.75~2.76）、屈服破坏阶段（剪轴比大于2.76）。试验结果表明,剪切荷载作用下该断面形式的大断面类矩形盾构隧道接头抗剪切屈服剪轴比为2.76,具有较好的抗剪切承载性能。研究成果可以为类似类矩形盾构隧道工程提供理论支撑和技术参考。     

岩基破坏模式的划分及其极限承载力的确定方法

以岩体结构控制论的观点为基础,将岩基破坏形态的研究作为突破口,综合考虑岩基承载力的诸多影响因素,划分了岩基可能破坏模式,并建议了各模式下极限承载力理论计算公式。     

钢管树状柱的极限承载力分析

针对钢管树状结构在公共交通建筑中的广泛使用,选取几个典型的火车站树状柱结构形式,采用有限元软件ANSYS进行一、二阶弹塑性极限承载力的分析研究。通过有限元验证,分析树状结构极限承载力的变化,为工程设计提供指导。     

钢管混凝土构件极限承载力分析

将钢管混凝土构件看成是钢管和混凝土两种元件组成的构件，通过二者的相互作用关系讨论，导出了在αfy〈54MPa的情况下，能适用于普通混凝土与高强混凝土的钢管混凝土构件的极限承载力计算公式。通过试验分析，其计算值与实测值吻合较好，从而避免了将核心混凝土分成普通和高强混凝土计算的麻烦，为钢管混凝土构件的设计提供了方便。