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原文传递考虑土--结构相互作用下地铁隧道钢纤维混凝土衬砌动力特性研究

论文题名：	考虑土--结构相互作用下地铁隧道钢纤维混凝土衬砌动力特性研究
关键词：	地铁隧道;钢纤维混凝土衬砌;土-结构相互作用;动力响应
摘要：	地铁衬砌管片的破坏标志是宏观裂缝的产生和发展，钢筋混凝土衬砌的材料缺陷和人工现浇施工工艺缺陷是诱发宏观裂缝产生的主要原因。在衬砌管片设计阶段主要考虑其抗剪承载力，往往造成箍筋布置过密，进而施工时振捣不密实，导致管片容易在使用阶段出现贯穿裂缝，影响了管片的耐久性和安全性。混凝土中掺加钢纤维可以有效地阻碍混凝土内部微观裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，可以延长地铁隧道寿命，更好的满足使用要求。因此本文研究了钢纤维在衬砌管片中粘结作用、抗裂作用以及替代箍筋的作用，弥补原混凝土衬砌结构的不足，提高地铁隧道的耐久性。另外分析土-结构相互作用下钢纤维衬砌管片动力特性，分别研究了地震及列车荷载作用下结构的动力响应规律，为地铁隧道衬砌设计及施工提供一定的参考，具有实际应用价值。　　通过材料替代试验和振动台试验，研究了钢纤维在衬砌管片中应用合理性。从衬砌管片受剪状态考虑，对试验构件进行合理简化，制作了符合弧拱衬砌受力状态的简支构件，对该种简支构件弯剪性能进行了钢纤维替代试验研究。发现钢纤维的加入不仅可以改善试件的破坏形态和减少裂缝宽度，而且可以显著提高试件极限荷载后的残余承载力和剪切延性。结合不同钢纤维掺量简支构件开裂规律，指出钢纤维对箍筋的替代作用。利用试验得到的可代替箍筋的钢纤维配比，制作钢纤维混凝土衬砌的地铁隧道模型，进行振动台的动力试验，分析了裂缝发展趋势及破坏特征，从而发现对比模型裂缝均集中在衬砌底部，并且在洞口处裂缝较多，说明隧道和车站连接处应加强设计;另外钢纤维具有分担混凝土剪力作用，能较好的限制贯穿裂缝的开展，有利于提高隧道衬砌管片的耐久性，同时钢纤维的离散化，使得衬砌裂缝分布更加均匀，有利于达到衬砌管片全面布防的目的。　　结合沈阳某地铁隧道工程背景及沉降监测数据，建立钢纤维混凝土衬砌隧道有限元模型，通过数值模拟计算分析了钢纤维混凝土衬砌在土作用下动力响应规律。一方面在地震作用下，发现衬砌受力最不利位置为右下部位置，并且应力最大值出现时间相同，数值比较接近，因此设计时应注意衬砌管片的全面布防;另一方面在列车荷载作用下，发现衬砌各节点位移数值比较接近，更进一步说明在设计时全面设防的重要性。对比两种荷载模型，均布荷载模型下计算的节点竖向位移数值约为集中荷载模型的2.69倍，因此在计算时选取均布荷载模型进行设计更加安全。　　钢纤维混凝土在衬砌管片中的应用，能较好的限制裂缝的开展，有利于提高隧道衬砌的耐久性;另外研究了钢纤维混凝土衬砌结构在土作用下动力响应规律，发现钢纤维混凝土具有良好的延性，耗能能力强，有利于达到地铁隧道全面布防的目的。
作者：	高哲
专业：	岩土工程
导师：	殷志祥
授予学位：	博士
授予学位单位：	辽宁工程技术大学
学位年度：	2018