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原文传递钢纤维混凝土的力学性能及其在地铁工程中的应用研究

论文题名：	钢纤维混凝土的力学性能及其在地铁工程中的应用研究
关键词：	盾构隧道管片;钢纤维混凝土;韧性实验;数值模拟;力学性能;地铁工程
摘要：	钢纤维混凝土的应用一直是建筑结构研究的热门话题，地铁车站以及盾构区间修建时都会使用大量的钢筋混凝土。但是地下结构中混凝土构件存在着很多缺点如延性差，耐久性有待提高等问题，因此引入纤维混凝土可以提高结构的韧性，耐久性，并在一定程度上减少钢材的用量，因此钢纤维混凝土的应用性研究还有很广阔的前景。　　本文基于沈阳地铁9号线一期曹仲车辆盾构段，研究纤维混凝土管片的力学性能，以及在盾构段的应用，对63块立方体压块，36根切口梁，28根大梁，8片管片的实验数据进行统计分析，采用理论推导以及数值模拟等方法进行研究。为此主要进行了以下工作: 　　1、探讨了纤维混凝土增强的机理，选取了纤维混凝土损伤本构模型，采用极限状态法进行设计，作为本文整体的分析方法与分析模型。　　2、开展了基本力学性能试验，对强度，纤维分布进行分析，并针对6种不同纤维配比，不同纤维种类，不同基体混凝土强度的切口梁韧性实验进行分析，得到了不同配比的残余强度，结果分析表明，C50-5D-40kg掺量的纤维混凝土切口梁，承载能力最好，不同的配比有不同的应力软化或者硬化特征。　　3、对8片纤维混凝土管片，28片纤维混凝土梁（14片有钢筋梁，14片无钢筋梁）采用自主设计的实验加载台架进行压弯状态的实验分析。实验结果表明:1）本实验中，钢筋的加入可以提升46％的结构最大弯矩，大幅提升延性2）偏心距对于提升结构极限状态的承载力影响很大，为我们提供了一种新的设计思路，在合理的荷载组合以及偏心距下可以尝试无筋结构的使用。　　4、分析L4，L5，L6，L4四组共计16根有筋梁的实验结果，绘制极限承载能力包络线，除无钢纤维梁L7外，L4，L5，L6承载能力均优于设计值，实验中性能最优的配比为4D钢纤维掺量20～30kg/m3，基体选择C50混凝土;正常使用状态下引入裂缝宽度安全系数的概念，对比于《混规》及德国规范计算，对比无钢纤维梁L7的裂缝实验数据，证明添加钢纤维后，混凝土梁的抗裂能力基本提高了原来的一倍。纤维掺量为30kg纤维类型为4D时，裂缝宽度减少了2.65倍;纤维掺量为25kg，纤维种类为4D时，裂缝宽度减少了1.09倍，纤维掺量为25kg，纤维类型为5D时，裂缝宽度减少了2倍;并采用ABAQUS，模拟钢纤维混凝土的挠度与裂缝模型，与实际实验结果相互印证。　　5、分析L1，L2，L3无筋钢纤维梁的实验结果，依据实验数据判断梁的受力状态，推导截面内力的允许开开裂及不允许开裂的计算公式;判断受压区高度，并结合韧性实验的残余强度值对比纤维混凝土结构技术规程，从另一个角度提出纤维混凝土极限状态强度公式fftu=f（ε，fr1，fr3）;创造性地借鉴山岭隧道能量法的角度，通过不同纤维掺量切口梁荷载-挠度曲线积分得到应变能，指导盾构管片的设计。
作者：	李昭
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	王志杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文