隧道衬砌预制纤维混凝土砌块的设计方法
摘要:介绍了一种无传统钢筋加固的纤维混凝土机械开挖隧道衬砌预制隧道段的设计方法。考虑了极限状态和使用能力极限状态,以及在不同施工阶段的结构检查,包括脱模、在地板上的定位、储存、运输、搬运和由于地面压力引起的荷载的最后阶段。一旦确定了材料在每一阶段的本构关系,在考虑的极限状态下,通过弯矩-轴力相互作用包络来进行结构检查。传统的交互包被绘制为最终极限状态而对于使用极限状态检查,提出了通过限制最大裂缝张开度和混凝土最大压应力来获得护套。剪切作用也是通过减小弯矩-轴向力包络来解释。还提出了为特殊加载情况提供辅助测试程序的可能性。最后以某钢纤维混凝土预制段为例进行了分析,阐明了该方法的步骤,并对如何确定相互作用围护结构的作用和评价具有实际意义。
关键词:隧道预制段;纤维混凝土;极限和使用性能混凝土喷射和预制行业
1 介绍
纤维增强混凝土(FRC)的使用在持续增长,特别是在人行道上,用FRC完全或部分取代传统加固的可能性,不仅可以降低成本,还可以提高质量和结构性能。这些优点尤其适用于预制行业。
在结构方面,纤维增强提高了材料在拉伸作用下的性能,显著增加了韧性并加强了对开裂的控制。此外,混凝土基体中纤维的存在对提高疲劳和抗冲击性能有重要影响。最近,使用FRC生产隧道衬砌预制件的兴趣在持续增长,隧道掘进机放置在隧道预制管片中选择用纤维混凝土代替传统的加固,需要考虑不同的因素。事实上,不仅必须考虑裸露材料的成本(即拆除钢筋的成本相对于FRC的成本),还必须考虑减少的劳动力成本或结构质量的提高。举例来说,在隧道段中使用FRC提供了消除阴极保护的可能性,因为纤维分散在混凝土基体中,它们之间没有接触,不允许电流的发生。因此,纤维加固有助于保持结构完整性,限制混凝土开裂——主要是在养护和装配步骤中,当段在处理过程中可能受到冲击荷载,并通常受到来自TBM夯的点荷载。
在过去的几年里,关于纤维增强混凝土元素设计的一些准则和规范已经成为可用的。最近,传统上作为混凝土结构设计参考文献的Fib模型规范(Model Code 2010,2013)发布。在最后一个版本中,介绍了有关纤维钢筋混凝土结构设计的部分。
本文提出了一种不采用传统加固方法的预制FRC隧道衬砌管片的设计与校核方法。同时考虑了临时和最终阶段,并通过弯矩-轴力相互作用包络在极限和使用极限状态下进行结构检查。这种方法被建议用于现浇隧道的SLS检查(Buratti et al., 2013)。剪切作用也被考虑在内。FRC材料在各阶段的本构关系按照2010年《示范法典》的规定进行定义,但也可以采用其他准则给出的不同规律。
2 材料特性定义
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