基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

火灾下盾构隧道管片衬砌热力耦合数值分析

结合盾构隧道工程实例,利用ANSYS有限元分析软件,建立了隧道衬砌结构的有限元实体模型,对隧道内施加温度荷载,先分析衬砌结构内部温度场的分布情况,在温度场分析的基础上,进一步对混凝土管片衬砌结构进行力学分析,分别得出衬砌结构内的温度分布规律及衬砌结构在高温作用下的应力变化规律,进一步研究其在火灾作用下的破坏部位,从而为评估盾构隧道在火灾作用下的安全性提供理论依据。     

大断面盾构隧道混凝土构件的耐火试验研究

研究了大断面盾构隧道混凝土构件在火灾条件下的温度变化规律.根据汕头市苏埃通道工程的实际结构,通过立式火灾试验炉及卧式火灾试验炉,对盾构隧道的管片接缝、衬砌牛腿及排烟道顶隔板进行了耐火试验.试验中采用RABT升温曲线,测量了盾构隧道不同混凝土构件在耐火试验中的温度-时间分布曲线.结果表明:管片接缝的温度随管片缝隙宽度减小而降低,管片缝隙宽度越小,在火灾中受到的影响越小;在衬砌牛腿耐火试验中,衬砌牛腿植筋处的温度较低,而靠近火源的混凝土表面的测点温度较高,受火面的混凝土出现了局部损伤,需对牛腿结构受火面进行防火保护;在顶隔板耐火试验中,顶隔板内部温度沿厚度方向呈非均匀分布,靠近受火面的温度高,上部区域温度与中部区域温度相差不大,受火面侧已经有部分厚度的混凝土受到局部的损伤.研究结果可为盾构隧道结构设计优化和其他类似工程提供参考.     

爆炸荷载下地铁隧道损伤规律研究

地铁在运营中存在诸多风险,特别是外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外部侧爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构损伤效应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。以西安地铁6号线工程为依托,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸荷载作用下应力波的传播规律;选取地面侧爆角度和隧道埋置深度2个因素建立分析工况,研究了外爆炸荷载下隧道衬砌结构的受力状态规律,隧道埋深15,18 m相较埋深12 m衰减了20,125个微应变;同时直观地对隧道衬砌结构的损伤程度进行分析。开展该项研究为地铁隧道结构抗爆防护设计提供了理论依据,具有较高的技术、经济和社会效率。     

空间裂缝病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

基于现场检测结果,针对隧道衬砌裂缝病害,借助ANSYS有限元分析软件,采用荷载－结构法建立含纵向裂缝的隧道计算模型,考虑拱顶和拱腰部位裂缝,分析不同长度、深度裂缝对衬砌结构安全性影响大小,并总结不同规模裂缝下衬砌结构安全性的变化规律。结果表明:裂缝对裂缝附近区域结构的安全性危害最大,拱顶裂缝对衬砌结构的危害程度要远大于拱腰裂缝,且裂缝深度对衬砌结构安全性影响较裂缝长度更为显著,最后在此基础上提出了空间裂缝下衬砌结构安全性评判标准,对不同规模裂缝危害进行等级划分,为隧道相应的病害整治提供了依据。     

隧道二次衬砌与初期支护间脱空原因分析及处理

随着隧道在线路中占的比重增大,其在施工过程中的质量问题也愈发明显.隧道衬砌结构的病害一般分为表面病害和非表面病害,隧道脱空是导致隧道产生多种形式病害的原因之一,随着新奥法的推广和应用,现在隧道一般都采用初期支护、防水层、二次衬砌构成的复合式衬砌结构,二次衬砌脱空问题变得十分普遍,这种病害形式将显著改变结构的受力状态,增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承载.本文对隧道二次衬砌脱空产生的原因进行综合分析,提出相应的预防对策,并结合金宝顶隧道洞门二次衬砌与初期支护间脱空对隧道脱空治理的关键技术进行探讨分析.     

公路隧道衬砌背后缺陷风险评估研究

衬砌背后缺陷是隧道工程的常见病害之一,具有隐蔽性、复杂性和不确定性等特点,因此就衬砌背后缺陷存在时的隧道结构风险评估进行了研究。对衬砌背后缺陷进行辨识和分析,确定缺陷发生的概率,同时对一个二维圆形公路隧道模型设置不同位置且大小不同的各种背后缺陷,数值模拟得出这些缺陷对衬砌结构内力的影响,从而建立其后果的严重程度,再采用风险矩阵得出风险等级。在此基础上以某公路隧道为例,就存在的衬砌缺陷对该隧道结构进行具体的风险评估。衬砌背后存在缺陷时,衬砌的内力会大幅增长,使得结构面临很大的破坏风险,采用风险评估的方法得出具体的风险等级,从而正确定位缺陷,可以更加直观地看出衬砌背后缺陷对隧道结构的危害。     

大跨度偏压隧道受火损伤分析

为探明火灾对大跨度偏压隧道造成的不利影响,依托贵州省某公路隧道工程,基于ANSYS有限元软件分析不同埋深及偏压条件下大跨度隧道结构的最大损伤和相对温度损伤变化规律,并对其温度场分布和应力分布规律进行总结。结果表明:衬砌高温损伤约60 mm,温度影响深度约300 mm,内部温升过程逐渐由曲线变化转变为直线变化;最大损伤深度随偏压角度增加近似呈指数增长变化,而相对温度损伤略有减小,当偏压角度较大时,火灾将成为隧道破坏的诱导因素而非直接因素;最大损伤深度与偏压隧道埋深近似呈抛物线变化,火灾对偏压隧道影响显著,必须采取有效预防措施;随着受火时间的增加,临火侧衬砌混凝土在热膨胀及围岩约束作用下,压应力快速增加,存在较大的压溃风险。     

渗漏水病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

为研究既有铁路隧道渗漏水病害下衬砌结构的安全性,基于西南地区118座铁路隧道病害检测资料,探讨病害产生机理;运用有限差分软件FLAC3D分析地下水位、衬砌裂损程度及围岩松动圈厚度等不利因素作用下,渗漏水病害对衬砌结构安全性的影响,并运用灰色关联度理论分析这种安全性对各个影响因素的敏感性。研究结果表明,渗漏水病害对衬砌结构安全性的影响较大,其中衬砌边墙安全性最低,为受力最不利位置;地下水位为导致渗漏水病害的最大因素。     

铁路长大隧道健康状况远程监测诊断装备系统研究

基于服役期铁路长大隧道健康状况劣化影响因素分析,结合隧道衬砌结构特点和健康状况监测实际,采用智能传感、信息融合、故障诊断技术,构建集监测、诊断、评估于一体的长大隧道健康状况远程监测诊断装备系统。研究系统的软硬件设施及其布设技术,建立长大隧道健康状况综合评估体系,给出健康诊断量化评估标准。以国内某铁路长大隧道为例,对其健康状况实施远程监测与诊断分析。结果表明,该条服役隧道健康问题的主要影响因素为隧道衬砌漏水、隧道衬砌裂缝、隧道衬砌变形、隧道衬砌剥落等病害,尤以隧道衬砌变形最为严重,健康等级为4级。     

不同pH值下含铁矿物对硫酸侵蚀混凝土的影响研究

硫酸侵蚀为混凝土耐久性损伤的一个重要方面.在硫酸盐侵蚀过程中,含铁矿物等侵蚀产物不断形成,导致混凝土材料形成不同程度的腐蚀.为研究不同pH值环境下含铁矿物对混凝土结构腐蚀的影响,在实验室配置了pH值为2.0、3.0和4.0的稀硫酸溶液,结合不同洗刷作用方式来模拟酸雨环境,采用室内长期浸泡试验方法对混凝土试件进行不同程度...     

基于云模型的长时停工隧道衬砌结构质量评价

基于长时停工隧道衬砌结构质量评价中通常存在的定性描述和定量转化问题,引入一种基于云模型理论的长时停工隧道衬砌结构质量评价方法。根据长时停工隧道衬砌结构的特点,选取锚杆数量和衬砌厚度等20项评价指标,建立了长时停工隧道衬砌结构质量分级的评价模型;通过正向正态云发生器生成对应的云模型参数,再结合各评价因子的权重,获得云模型的综合确定度,最后利用最大隶属度原则确定长时停工隧道衬砌结构质量状态等级;将该模型应用于某一长时停工隧道工程实际,评定了该隧道衬砌结构的质量状态等级。结果表明,该方法不仅能给出长时停工隧道衬砌结构的质量等级,还能客观反映长时停工隧道衬砌结构中各因素的合格情况。     

强震区跨断层隧道纤维混凝土衬砌抗震效果分析*

为进一步提高高烈度地震区跨断层隧道在地震时的安全性和稳定性,依托天坪寨隧道F1断层段,通过有限元数值计算软件ABAQUS对纤维混凝土隧道衬砌的抗震效果进行研究。分析素混凝土二衬结构、钢-玄武岩混杂纤维混凝土（SBHFRC）二衬结构及钢纤维混凝土（SFRC）二衬结构的位移、应力及安全系数的变化情况。结果表明:SFRC衬砌结构最大横向、纵向位移分别增大12.57%,1.43%,竖向位移减小33.83%,SBHFRC衬砌结构的最大横向、纵向、竖向位移分别增大6.69%,22.35%,25.32%;SFRC二衬最大、最小主应力分别增加26.09%,19.69%,SBHFRG二衬最大、最小主应力分别增加3.16%,2.16%;SFRC二衬与SBHFRC二衬的最大剪应力分别增加20.82%,2.23%;衬砌结构采用SFRC和SBHFRC时的安全系数分别提高59.72%,54.74%;二衬结构采用SBHFRC时抗震效果优于采用SFRC时的抗震效果。研究结果可为强震区跨断层隧道抗震设计提供依据。     

基于能力谱的建筑物震害评估及城市抗震规划

为减轻地震建筑物破坏带来的人员伤亡和经济损失,根据能力谱方法计算7度和8度地震影响下建筑物的破坏状态,在此基础上进行城市抗震规划。首先把城市建筑物分成钢筋混凝土、砌体、钢框架及木结构4类;然后利用能力谱方法得到建筑物各种损坏状态的概率及震害指数;最后提出抗震规划措施,在GIS环境下可视化表达建筑物震害分级图。结果表明,中层小于低层和高层建筑物的震害指数;对低层和中层建筑物,钢筋混凝土的抗震能力较强。7度地震时,未设防和低设防建筑物的震害指数在0.5和1.0之间,轻微破坏;部分中等设防和高设防建筑物的震害指数小于0.5,基本完好。8度地震时,4类建筑物的震害指数在0.5～1.0之间,轻微破坏。进行城市抗震规划后,建筑物受7度地震影响时基本完好,受8度地震影响时轻微破坏。     

火灾环境下热-冷循环作用对混凝土性能的影响研究

为了研究混凝土材料的结构与力学特征受火灾热-冷作用的影响规律,通过测量不同热-冷作用次数下的试样质量和密度损失率定量表征了混凝土结构损伤程度;通过开展单轴压缩实验对热-冷作用对其力学行为的变化规律进行了研究;最后进行XRD衍射实验和SEM扫描电子显微镜对混凝土的成分与微观结构进行探测.实验结果表明:在火灾热-冷作用下,...