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原文传递地铁车站底板早龄期温湿力耦合特性研究

论文题名：	地铁车站底板早龄期温湿力耦合特性研究
关键词：	地铁车站底板;早龄期间;温湿力;耦合特性
摘要：	地铁已成为各大城市居民出行的主要交通工具，地铁车站在建设和使用中却频频发生渗漏水问题。地铁车站底板是地铁车站结构中体量最大、承载最大、最先施工、埋深最深且受地下环境影响最大的一部分，其在早龄期极易产生开裂风险。车站底板开裂漏水不仅会危及地铁的运营及安全，而且其维修难度和维修成本往往较大。大量调查资料和工程实践显示，混凝土构件80%的裂缝是温湿度变化等非荷载因素造成的。因此，研究地铁车站底板的早龄期温湿力变化特性和规律对于加强裂缝控制和降低渗漏水风险具有重要作用。　　本文结合混凝土早期变形开裂机理，以水化反应为切入点，以水化放热形成温度场和水化耗水形成湿度场为两个维度，基于温湿度耦合作用和温湿度应变原理，利用COMSOL有限元分析软件中的偏微分方程模块联立系数型偏微分方程组，并利用水化度影响系数、水分扩散系数等建立相互影响关系，实现了混凝土早龄期温湿应变的耦合，建立了混凝土早龄期温湿应变耦合模型。在此基础上，同时考虑约束和徐变因素，推导出实际工程中混凝土构件早龄期耦合约束应力计算方法，建立了地铁车站底板早龄期温-湿-力多场耦合模型，通过30天龄期内的温度、湿度、约束应力变化进行耦合特性和规律分析，对不同环境温度、不同环境湿度及不同初始温度下的底板里表耦合特性进行了对比研究，同时，沿底板高度方向从开裂位置和开裂时间两个方面进行了开裂敏感性分析。此外，还从不同尺寸、不同约束度等底板自身属性方面对底板早龄期耦合特性进行了计算分析，可为实际工程设计施工和抗裂性研究提供新的思路和参考。　　研究结果表明：　　（1）地铁车站底板早龄期温度沿高度方向分布不均匀，但具有明显的规律性，温度由表及里递增，在水化反应作用下，达到最高温后开始迅速下降，并逐渐趋向于边界温度。湿度分布规律性不明显，在环境湿度较高时，混凝土干燥需要相当长的时间，相比温度而言，湿度特性具有复杂性和特殊性。应力受温湿度直接影响，其中应力变化主要受湿度变化影响，应力分布主要受温度分布影响，压应力分布与温度分布一致，拉应力分布与温度分布相反。　　（2）当初始温度一定时，适当提高养护温度以及保持100%的养护湿度有利于提高车站底板早龄期抗裂性能；当初始温度待定时，在满足规范要求的前提下，应根据养护温度综合考虑，当养护温度小于20℃时，初始温度宜等于养护温度；当养护温度大于等于20℃时，初始温度宜为20℃。　　（3）底板高度方向开裂敏感区域为表面以下一定范围内，当板厚为1.5m时，开裂敏感区为表面以下0.1m内；将底板早龄期分为3个阶段，其中第2个阶段为开裂敏感阶段，在第3阶段可实施下一步工序。　　（4）底板长度对温度分布、湿度分布、应力分布影响较小。温度和湿度的横向（平面）传递性不佳，平面应力分布较为均匀。底板厚度对湿度无明显影响，对温度和应力影响均较大，厚度与温度成正线性关系，与约束应力成反比。底板一次性浇筑厚度不宜大于1.15m。　　（5）约束应力与约束度呈正向线性关系，与开裂风险系数成正比，约束度为0.4时，开裂风险系数约为0.7，此时处于开裂风险临界点。因此，底板约束度应适当降低，宜小于等于0.4。
作者：	严丹丹
专业：	土木工程
导师：	方从启
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海师范大学
学位年度：	2023