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原文传递盾构隧道混凝土管片的承载力退化模型及其试验研究

论文题名：	盾构隧道混凝土管片的承载力退化模型及其试验研究
关键词：	盾构隧道;混凝土管片;承载力;退化模型
摘要：	我国很多城市跨江、跨河、跨海而治，连接江（河）、湖泊、海湾两岸的大桥在国民经济建设中发挥了重大作用。与跨江河湖海大桥相比，建设水下隧道具有征地少、拆迁容易、对地面影响小、不影响水面航道的通航能力、不受恶劣气候变化影响、工程隐蔽性好、具有很强的抵抗战争破坏的能力等优势，已经受到了各城市的高度重视。与大气环境中的混凝土结构相比，盾构隧道混凝土管片结构服役条件非常恶劣，耐久性问题复杂而严重。本文以理论分析与耐久性试验相结合的方式，研究盾构隧道混凝土管片在多因素耦合作用下的失效机理及其耐久性退化规律，结合钢筋混凝土结构理论，建立了以承载力为失效准则，并考虑多种因素耦合作用的混凝土管片承载力退化模型。在用实测数据对模型进行验证的基础上，运用承载力退化模型对三个实际工程背景的盾构隧道混凝土管片进行了初步的寿命预测，结果表明该模型具有一定的实用性。全文主要内容和结论如下：　　1、综述了当前国内外关于混凝土构件在多因素耦合作用下的研究进展，指出了存在的问题；详细描述了本文主要研究工作。　　2、介绍了试验所用原材料的种类、产地、物理性能和化学成分；描述了制作管片的整个过程；建立了耐久性试验所采用的试验方法以及数据处理方法。　　3、详细分析了耐久性试验所得到的相对动弹性模量、碳化、氯离子侵蚀、硫酸根侵蚀、XRD图谱、腐蚀管片表面裂缝形态、承载力（包括裂缝开展情况、开裂荷载与极限荷载、荷载-挠度曲线和混凝土应变）以及钢筋锈蚀。对同种配合比管片、不同腐蚀介质与不同配合比管片、同种腐蚀介质中的试验结果进行了对比分析。结果表明：氯离子与硫酸根离子共存时，硫酸根可以缓解氯离子对混凝土及内部钢筋的侵蚀；持续通电1A电流22d后，不同配比管片在相同腐蚀条件下的初裂荷载分别下降30.4％~35%和39.1%~40%，极限荷载分别下降32.2%~37.6%和36.3%~38.5%；管片内部钢筋锈蚀以外层为主，外层与内层总体钢筋锈蚀率分别为17.7%和2.3%，且环向钢筋锈蚀比纵向钢筋严重，外层环向钢筋与纵向钢筋锈蚀率分别为20%和15.3%，内层环向钢筋与纵向钢筋锈蚀率分别为2.5%和2.1%；杂散电流与氯离子共存时，不能用绑扎钢筋段的方法测定所依附钢筋锈蚀率。　　4、以双筋受弯构件正截面承载力计算公式为基础，考虑碳化、杂散电流、氯离子、硫酸根离子等耐久性因素，建立了盾构隧道混凝土管片在多因素耦合作用下的承载力退化模型和寿命预测模型。　　5、以试验数据对承载力退化模型进行了承载力与腐蚀时间两方面的验证，结果表明，计算结果与实验结果吻合较好。　　6、以承载力退化模型按照青岛胶州湾海底隧道、南京地铁隧道、西宁轨道交通三个实际工程背景，对盾构隧道混凝土管片进行了初步的寿命预测，结果表明：青岛胶州湾海底隧道管片、南京地铁隧道管片的耐久性寿命满足100年设计要求；西宁轨道交通管片在混凝土中添加阻锈剂以及使用环氧涂层钢筋时才能确保耐久性寿命满足100年设计要求。　　7、归纳了全文结论，提出了进一步的研究建议。
作者：	刘曙光
专业：	道路与铁道工程
导师：	余红发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文