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盾构隧道管片混凝土收缩试验及抗裂分析研究
| 论文题名： | 盾构隧道管片混凝土收缩试验及抗裂分析研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;混凝土收缩;地层结构模型;扩展有限元;衬砌结构 |
| 摘要： | 本文依托于江苏省南京市某长江隧道工程，以混凝土收缩试验为基础，研究了不同掺量减缩剂对混凝土收缩的影响，通过非线性回归分析得到收缩预测模型。使用ABAQUS通用有限元软件建立软化模量法地层结构模型、三维盾构隧道掘进施工过程模型和盾构隧道管片局部模型，对该长江隧道江底最大水深处衬砌圆环在自重、围岩作用、水压力和混凝土收缩耦合效应下的变形、内力、应力场和裂缝分布进行了数值模拟分析。主要结论如下： (1)通过混凝土棱柱体收缩试验，研究改变减缩剂使用量对混凝土收缩率的影响，并通过指数型收缩预测模型进行回归拟合，得到了各组配合比混凝土收缩率-龄期的规律。结论是在减缩剂用量不超过胶凝材料质量2%的条件下，随着减缩剂使用量的增加，混凝土收缩速率降低，极限收缩应变减小。 (2)使用软化模量法对盾构隧道岩土开挖和衬砌支护进行了分析，对开挖引起的围岩应力释放和位移，以及自重、围岩压力和水压力作用下衬砌结构的内力和变形进行了有限元数值模拟。研究结果表明，隧道衬砌为偏压构件，拱顶、拱底处受正弯矩，管片内侧有受拉趋势；两侧拱腰受负弯矩，管片外侧有受拉趋势。 (3)建立了盾构隧道施工过程有限元模型，使用单元生死对盾构掘进的荷载迁移进行模拟，对掘进支护过程以及收缩效应耦合下的盾构隧道衬砌应力和变形进行仿真分析。研究表明，衬砌拱顶、拱底内侧和拱腰外侧均会出现拉应力，使用减缩剂和延长养护时间可以有效减少管片拼装后的混凝土收缩效应，从而减少衬砌管片的附加轴力和弯矩。 (4)建立盾构隧道管片钢筋混凝土局部模型，使用扩展有限元法XFEM对衬砌管片进行混凝土开裂分析。研究结果表明，使用减缩剂和延长养护时间可以有效减少盾构隧道管片在正常使用条件下裂缝的数量和发展，错缝拼装衬砌的不同旋转位置会改变混凝土裂缝的分布位置。 |
| 作者： | 胡韧 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 王新定;刘华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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