钢筋混凝土顶管力学特性与承载力试验研究

摘要

顶管法施工是一种环境有好的、现代化的隧洞、管道施工方法。该工法具有对环境的扰动小，造价低，周期短等优点，在市政工程中得到广泛使用。随着城市发展的需要，顶管顶进长度和承受的轴向顶推力不断增大，按常规设计的顶管发生破损事故时有发生。本文采用理论分析、数值模拟、模型试验相结合的研究方法，开展高强混凝土顶管轴向受力变形与承载力研究，对解决长距离顶管破损问题具有重要的理论意义和应用价值。
　　本文首先分析了现行顶管在顶推力和围岩共同作用下受力变形计算理论，引入混凝土三向应力状态下的破坏准则，给出了高强混凝土顶管轴向极限承载力计算公式。
　　其次，基于相似理论，开展了原材料顶管物理模型试验，试验表明，钢筋竖向配筋率和混凝土强度等级成非线性正比关系，配筋率从0.4％提高到0.5％管体的竖向承载力提高了15.53％，混凝土强度等级从C50提高到C60管体的竖向承载力提高了27.37％;并基于试验结果给出了顶管竖向承载力半理论半经验计算公式。分析了竖向配筋率、混凝土强度等级、以及轴向顶推力与围岩作用的之比对顶管承载力的影响。
　　最后，采用ANSYS计算软件，分析了竖向配筋率、混凝土强度等级、以及轴向顶推力与围岩作用的之比对顶管承载力的影响，并得到试验结果的验证。本论文研究成果，可为今后长距离高轴向顶推力新型顶管设计计算与应用提供理论支撑。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 主要研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 研究的主要技术路线

2 钢筋高强混凝土顶管理论分析

2．1 高强混凝土力学特性

2．2 钢筋混凝土顶管受力分析

2．2．1 钢筋混凝土顶管在受到围压作用时截面应力

2．2．2 钢筋混凝土顶管轴向承载力分析

2．2．3 钢筋混凝土顶管围压和轴压共同作用下受力分析

2．3 钢筋高强混凝土顶管极限承载力分析

2．3．1 双剪统一强度理论

2．3．2 基于双剪统一强度理论钢筋混凝土顶管轴向极限承载力公式推导

2．3．3 基于Mises屈服准则对钢筋混凝土顶管极限承载力的公式推导

2．4 小结

3 钢筋混凝土顶管模型试验研究

3．1 试验设计

3．2 模型试验过程

3．2．1 模型参数的确定与制作

3．2．2 试验数据测量内容和方法

3．2．3 加载仪器和加载方式

3．3 试验结果及分析

3．3．1 钢筋混凝土顶管模型的变形特征

3．3．2 钢筋混凝土顶管截面应力分布特点

3．4 模型试验的承载力分析

3．4．1 半理论半经验公式推导

3．4．2 基于Mises、双剪统一理论、半经验半理论极限承载力比较

3．5 小结

4 钢筋混凝土顶管数值模拟

4．1 数值计算方法概述

4．1．1 数值计算方法

4．1．2 ANSYS软件的基本介绍

4．2 钢筋混凝土顶管建模

4．2．1 ANSYS模型的选择

4．2．2 模型的单元和实常数的确定

4．2．3 本构关系和破坏准则

4．3 钢筋混凝土顶管数值模拟

4．3．1 模型的参数分析

4．3．2 顶管模型的建立和求解

4．3．3 求解结果

4．4 钢筋混凝土顶管极限承载力综合分析

4．5 小结

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果