钢筋混凝土管片受力分析及数值模拟

摘要

地铁隧道工程在人类生活中充当着越来越重要的角色，为人们提供安全、舒适且高效的出行途径。地铁工程在建设过程和运营过程中会出现各种各样的问题和弊病，混凝土管片开裂是降低地铁使用寿命和危及结构安全主要原因之一。因此地铁工程对盾构管片抗弯性能、耐久性能要求较高。目前盾构管片抗弯试验大多采用全尺度混凝土管片抗弯性能试验进行研究，但模型大、试验复杂，难以普通实验室加载。本文采用对称倾角钢筋混凝土梁模拟管片受力及开裂特征，效果较好。
　　（1）通过理论计算和ABAQUS有限元分析发现：配筋率为1.13％和1.54%的对称倾角梁比相同配筋普通简支梁的极限承载力高12.2%和11.8%，倾角的存在有利于提高试件极限承载力；试件极限承载力试验值和计算值与相同截面尺寸及配筋的衬砌管片承载力接近，能较合理模拟盾构混凝土管片抗弯性能。
　　（2）通过修补前后静载和动载试验研究发现修补后试件破坏时裂缝与修补之前位置不同，该修补材料和修补方法适合修补加固开裂受损钢筋混凝土管片；一定范围内适当提高试件配筋率可以提升混凝土管片的抗弯极限承载力和局部抗拉极限承载力；对称倾角梁比普通简支梁其受压钢筋得到更好利用，有利于提高管片抗弯极限承载力；第一组无纤维布修补试件和有纤维布修补试件抗弯极限承载力分别提高1.8%和5.8%。第二组无纤维布修补试件和有纤维布修补试件抗弯极限承载力分别提高2.8%和12.3%。第一组无纤维布修补试件和有纤维布修补试件疲劳寿命提高19.6%和33.7%；第二组无纤维布修补试件和有纤维布修补试件疲劳寿命提高21.7%和35.0%。
　　（3）本文钢筋混凝土管片及螺栓孔的试验值、理论计算值和有限元计算值相吻合，管片极限承载力有限元计算值比试验值和理论计算值分布高约6.7%和17%；螺栓孔有限元计算值比实验值约高10%。

目录

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 目前研究中主要存在的问题

1.4 本文主要研究内容

2.1 主要试验原材料

2.2 试件制备

2.3 试验方法

第三章 混凝土管片受力及加固试验模拟

3.1 前言

3.2 钢筋混凝土管片静载试验过程及破坏形态

3.3 钢筋混凝土管片静载试验结果与分析

3.4 钢筋混凝土管片动载试验过程及破坏形态

3.5 钢筋混凝土管片动载试验结果与分析

3.6 本章小结

第四章 盾构管片有限元分析

4.1 前言

4.2 有限单元法基本原理及分析步骤

4.3 有限元计算结果及分析

4.4 本章小结

5.1 前言

5.2 螺栓孔/吊装孔试验过程及结果分析

5.3 螺栓孔/吊装孔有限元分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

研究生期间发表的论文及参与的科研工作