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混凝土盾构隧道管片收缩试验研究
| 论文题名： | 混凝土盾构隧道管片收缩试验研究 |
| 关键词： | 高性能混凝土;收缩预测模型;盾构隧道管片;数值模拟;收缩试验 |
| 摘要： | 混凝土的收缩在不同结构中将导致不同的问题。对于预制盾构隧道管片，预制完成至工程场地现场拼装期间的收缩变形可能导致其无法满足盾构机拼装精度的要求，同时引发钢制预制模具的尺寸问题。对于收缩特性，普通混凝土与高性能混凝土的研究方法也存在差异。因此，本文将以南京某过江隧道工程为背景，对不同掺量的粉煤灰、矿渣粉、外加剂及聚甲醛纤维的高性能混凝土展开自然条件下的收缩规律研究，在此基础上将减缩效果最佳的配合比应用至盾构隧道管片的收缩试验中，探索盾构隧道管片的收缩规律；最后，以试验数据为基础，对盾构隧道管片进行数值模拟，探究工程实际中的盾构隧道管片收缩特性。 根据自然条件下棱柱体试块接触式收缩试验，粉煤灰掺量在15％~25%增加时，收缩应变随粉煤灰的增多而减小；矿渣粉掺量在15%~25%增加时，对混凝土收缩的抑制作用不明显；单掺聚甲醛纤维的混凝土收缩应变明显降低；混掺减缩剂及聚甲醛纤维时减缩效果优于单掺聚甲醛纤维。 采用现有的收缩预测模型对不同试验组混凝土的收缩应变进行预测，结果表明：现有的收缩预测模型不能良好地预测掺入了矿物掺合料、减缩剂及聚甲醛纤维的收缩情况；本文随机以3组试验结果为基础，以双曲平方根函数考虑收缩的时间进程发展、以多次函数形式考虑相对湿度的影响、对B3模型中收缩终值进行修正，建立了综合考虑粉煤灰、矿渣粉、减缩剂及纤维掺量的收缩预测建议模型，并运用此模型预测了另外3组试验收缩应变发展趋势，预测值与实测值吻合良好。 根据棱柱体收缩试验结果，设置盾构隧道管片收缩试验，结果表明：管片弦向收缩略大于纵向收缩，且基于素混凝土建立的收缩预测建议模型对盾构隧道管片收缩预测精度低于对棱柱体收缩试块的预测精度；对比了28d及100d棱柱体与盾构隧道管片收缩变形，得到结论：非预应力筋对混凝土结构的收缩具有明显的抑制作用。 建立了盾构隧道管片有限元模型，通过有限元中热分析模块进行湿度场的分析，结果显示管片的湿度场随时间逐渐减小，表面的湿度扩散速度大于内部，湿度场及湿度梯度的变化沿管片各方向均具有一致的分布规律；设置湿度条件为工程实际中盾构隧道管片所处的湿度环境，通过湿-结构耦合预测收缩变形，得到结论：混掺减缩剂及聚甲醛纤维、提高粉煤灰掺量、降低矿渣粉掺量的组别收缩变形水平明显降低，可满足拼装精度的要求，并且降低了管片收缩开裂的风险。 |
| 作者： | 李冰 |
| 专业： | 交通运输工程(专业学位) |
| 导师： | 王新定 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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