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FRP网格加固隧道结构性能研究
| 论文题名： | FRP网格加固隧道结构性能研究 |
| 关键词： | CFRP网格;盾构隧道;纵向变形;等效抗弯刚度;锚固性能 |
| 摘要： | 随着国内外盾构隧道的大量建设和运营，盾构隧道纵向不均匀沉降等问题逐渐凸显。尤其是在软土地区，盾构隧道在运营过程中由于种种原因发生过量的纵向沉降或不均匀沉降，引发隧道渗水漏泥、结构局部破坏，或内部结构（如地铁轨道）发生纵向扭曲变形，而影响隧道的正常运营。这给隧道结构安全、地铁列车运营的安全性及舒适性带来一定的威胁。目前，很多隧道加固研究是加固隧道断面，只有较少学者对隧道纵向进行过加固研究。本文提出了一种新的隧道加固方法——采用碳纤维增强复合材料(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)网格在盾构隧道内壁进行加固，该方法不仅能维修裂缝、渗漏水等普通病害，对于盾构隧道环缝薄弱处，也能大大提高其刚度，从而提高盾构隧道纵向等效抗弯刚度，减小不均匀沉降带来的环缝张裂和纵向变形，达到加固补强的作用。 首先，本文介绍了CFRP网格的制作工艺。该工艺采用真空辅助成型技术制备网格，并对该批次网格进行单向拉伸实验，获得准确的网格材性，为后期进一步研究提供基础。 其次，本文针对CFRP网格加固隧道结构施工过程中涉及到的锚固问题，进行了双剪实验，对网格与混凝土板表面采用不同粘结方式时的锚固性能进行了研究。采用不同种粘结剂（粘钢胶、聚合物砂浆），通过混凝土板表面是否开槽、是否打锚栓等参数变化的性能进行对比。研究表明，采用环氧结构胶粘结网格均发生网格材料破坏，而对于聚合物砂浆锚固、锚栓及开槽处理提高了网格与混凝土之间的粘结强度，有效提高了网格材料的强度利用率。 再次，本文以北京地铁四号线、五号线盾构区间管片环以及南京地铁某段隧道为原型按1∶8比例进行混凝土隧道模型试验，对有初始损伤的隧道模型进行内部粘贴CFRP网格加固，并与未加固隧道在相同条件和相同加载模式下的试验结果进行了对比。试验结果表明，在裂损隧道模型内进行粘贴CFRP网格进行锚固以提高结构纵向承载力。通过分析隧道弹性阶段刚度，发现弹性阶段前期由于加固后的隧道存在初始损伤，其刚度略低于未加固的隧道模型。随着加载进行，网格性能发挥不断提高，相较于未加固模型，后期刚度提高68.3％，整个弹性阶段刚度提高量近20％。试验结果充分证明了CFRP网格在隧道加固中起到了较大作用，有效的提高了隧道的抗弯刚度。最后，本文推导了网格加固盾构隧道结构的有限元模拟以及等效抗弯刚度的计算公式，计算结果显示刚度提高量约为38.8％，与试验结果相近。 |
| 作者： | 王淑莹 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 吴刚;杨书仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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