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复合纤维混凝土管片性能及其安全性在线监测技术研究
来源:中国纤维网 添加人:service4 添加时间:2022-4-7

    

   随着中国城镇化进程的不断发展,城市人口必然越来越多,而城市土地却越用越少。为缓解城市发展的迫切需要,对城市地下空间的大规模开发已成必然趋势。地下铁道,以它的快速、正点、安全、舒适、大运量、低能耗、小污染的优点越来越为城市居民所青睐,可望成为2l世纪城市公共交通的主要工具。
    目前盾构法施工已成为城市软土地层中修建地下隧道、管道工程主要方法。在盾构法中,由若干预制管片或砌块拼装而成隧道衬砌结构体,管片必须满足工程结构的强度和刚度要求,满足工程所提出的安全质量指标要求,这使得隧道衬砌结构的设计相当复杂,从而衬砌材料的选择就显得非常重要。
    尽管用盾构法施工的隧道已有一百多年的历史,但现代钢筋混凝土管片在耐久性安全度方面仍存在诸多令人不安的问题。目前我国土木工程事故频繁发生,世界范围内的地震、暴风等自然灾害也对很多建筑物和结构造成不同程度的损伤,已经引起人们对于重大工程安全性的关心和重视。通过对结构性能进行监测和诊断,及时地发现结构的损伤,对可能出现的灾害进行预测,评估其安全性已经成为未来工程的必然要求,也是土木工程学科发展的一个重要领域。
    因此本文从复合纤维混凝土管片代替传统钢筋混凝土管片角度出发,进行了复合纤维混凝土管片的性能研究,同时通过上海地铁的M6线复合纤维少筋混凝土管片试验段安全性在线监测,分析研究了复合纤维少筋混凝土管片安全性能与监测技术,并通过数值模拟与监测数据进行了比对,进一步为复合纤维混凝土管片的设计提供科学的依据。
研究内容有如下三个方面:
1、复合纤维混凝土管片的力学性能研究
    通过钢纤维混凝土、聚丙烯混凝土、聚合物结构纤维混凝土、复合纤维混凝土的一系列试验,分析了复合纤维中高弹模钢纤维和低弹模聚丙烯纤维各自对混凝土性能的影响;研究了弹性模量介于钢纤维与聚丙烯纤维之间的聚合物结构纤维对混凝土性能影响的研究,用不同掺量混凝土与固定掺量钢纤维混凝土进行同参数比较,寻找可替代钢纤维的最佳掺量;同时考虑复合纤维掺量变化及钢纤维长径比变化对混凝土性能的影响,研究通过变化钢纤维的掺量来复合纤维混凝土的力学性能变化;分析了复合纤维高性能混凝土的破坏过程及其在不同受力状态破坏机理;分析研究了复合纤维混凝土管片的弯曲力学性能。
2、盾构隧道管片安全性在线监测技术研究
    根据上海市地铁M6线蓝村路站至浦电路站区间复合纤维少筋混凝土管片试验段的健康监测数据,分析研究了盾构隧道混凝土管片的安全性在线监测技术。介绍并研究了隧道管片在盾构施工阶段复杂应力工况下应变膜的安全性裂缝预警技术;隧道管片在盾构机脱离盾尾后相对静态工况下的振弦式钢筋应力计和光纤光栅传感器组合监测技术,同时通过该组合监测技术也为复合纤维混凝土管片在盾构隧道的应用提供了安全性评估的依据,并为复合纤维少筋混凝土管片在设计上积累了经验。
3、盾构隧道管片的数值模拟分析
    由于地层情况、施工状态各种条件比较复杂,不同地段的隧道管片在实施监测时所获取的数据常常相差较大,为了能构更好的利用已采集的安全性在线监测数据,采用上海地铁M6线蓝村路站至浦电路站区间复合纤维少筋混凝土管片试验段的基本信息进行参数设置,通过同济曙光软件对地铁隧道普通混凝土衬砌管片进行了数值模拟计算,同时采用ANSYS软件对试验段管片进行了不同工况下的有限元分析,以便该段实际安全性监测数据相互参照。