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原文传递钢纤维混凝土在隧道薄弱部位初支中的应用研究

论文题名：	钢纤维混凝土在隧道薄弱部位初支中的应用研究
关键词：	钢纤维混凝土;隧道施工;初期支护;体积率;抗拉强度
摘要：	将细短的钢纤维乱向分布于普通混凝土的基体中而形成的一种新型的多相复合材料被称为钢纤维混凝土。这些乱向分布的钢纤维能够有效地改善基体混凝土内部微型裂缝的发展，并且一定程度上改善了钢纤维混凝土的具体破坏形态，改善了混凝土的抗拉、抗折等力学性能，使得混凝土具有较好的延性。本文主要研究工作如下: 　　1.根据正交实验法进行试验方案设计及数据分析，按照《纤维混凝土试验方法标准》(CECS13-2009)的规范制作钢纤维混凝土试块。　　2.通过100×100×100mm钢纤维混凝土立方体轴向抗压试验并在结论分析时乘以强度尺寸换算系数。实验数据与分析表明:钢纤维的加入并没有对混凝土的轴心抗压强度有特别明显的规律和影响。钢纤维掺量较小（体积率≤0.5％）时，钢纤维混凝土的立方体抗压强度甚至会略低于素混凝土抗压强度。钢纤维混凝土虽受压强度增加不明显，但韧性却大幅度得到提高，改善了混凝土试件受压的破坏形态。这是由于钢纤维的加入，提高了受压破坏时的韧性。从钢纤维混凝土的破坏形态上看，当其受压破坏后依然保持着整体性。　　3.通过100×100×400mm钢纤维混凝土立方体抗折强度试验，采用三分点加载方式，研究了不同的钢纤维类型（铣削波纹型、端钩型、剪切平直型）、混凝土强度等级、钢纤维体积率与不同细骨料和水灰比对钢纤维混凝土的抗折强度的影响。实验数据与分析表明:随着钢纤维体积率与长径比的增加，试块的抗折强度有明显的增强，在1％≤钢纤维体积率≤1.5％时抗折强度增强明显。试块的破坏形式为钢纤维被拔出，且在破坏过程中剥落的骨料明显多于素混凝土，破坏面明显更加粗糙不平。这主要由于破坏面产生裂缝后试块与钢纤维之间通过粘结力共同承担荷载，继续加载后钢纤维与基体之间的粘结应力达到极限，逐渐将钢纤维从基体中拔出直至截面完全破坏。同时可以看到，加入了钢纤维之后，试块的延性得到了提高。　　4.通过150×150×150mm钢纤维混凝土立方体劈裂抗拉强度试验，研究了不同的钢纤维类型（铣削波纹型、端钩型、剪切平直型）、钢纤维体积率、水灰比对钢纤维混凝土劈裂抗拉强度的影响。钢纤维混凝土劈裂抗拉强度随着钢纤维体积率的增加而增强，端钩型钢纤维的增强效果要优于其他三种类型。　　5.通过制作上部开口直径185mm，下部直径为175mm，高度为150mm的钢纤维混凝土抗渗试验模块，研究不同钢纤维体积率对混凝土抗渗等级的影响。　　6.将断裂力学与层布式钢纤维概念结合在一起，采用ABAQUS对钢纤维混凝土轴向抗压与三点弯曲（抗折）试验进行数值模拟，并与实验所得数据进行比较。　　7.将钢纤维混凝土应用于绵茂公路篮家山隧道薄弱部位初期支护中，并测量其围岩压力、钢筋应力、拱顶下沉，并与普通的喷射混凝土所测力学性能进行比较，并进行数值模拟分析。
作者：	张翰南
专业：	建筑与土木工程
导师：	韦良文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文