【博士】既有盾構隧道結構性能評價研究【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：結構工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學土木工程學院　　學位年度： 2008年　　隨服役年限的增加，我國大量已投入運營的既有城市盾構隧道結構面臨不同程度的損傷和老化，面對由全面建設階段向維護階段的過渡，如何保證既有城市盾構隧道結構安全性和耐久性，如何提高既有隧道結構的適用性和可維護性，如何有效的延長既有隧道結構的服役壽命已成為當前的研究熱點。因此，急需對既有盾構隧道結構性能的評價方法進行研究，做到早發(fā)現(xiàn)，勤維護，防患于未然。　　論文以國家自然科學基金“地下混凝土襯砌結構的耐久性與使用壽命”(批準號50678135／2007)、國家科技支撐計劃“城市地下空間建造技術研究”(項目編號2006BAJ27802．02)、國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)“超大特長越江盾構隧道建設核心技術研究"子課題“隧道結構的耐久性、可靠性研究”(項目編號2006AAllZll8)為依托。首先提出了既有盾構隧道結構性能評價的指標體系及其獲取方法，而后分別給出了盾構隧道結構的橫向和縱向狀態(tài)的解析表述方式，并以此為基礎提出了基于優(yōu)化反演分析的既有盾構隧道結構損傷參數(shù)的識別方法，同時對我國第一條越江盾構隧道結構的縱向變形特性進行了分析，最后提出了考慮毛細作用、滲透作用、擴散作用、蒸發(fā)作用和管片螺栓電化學腐蝕的隧道襯砌結構耐久性退化模型，同時提出了基于Bayesian條件概率和檢測數(shù)據(jù)的耐久性模型修正方法，并采用可靠度理論和Markov鏈方法著重對由碳化和氯離子侵蝕導致退化的既有隧道結構的剩余壽命和服役性能進行了評價。論文主要研究內容及成果如下：　　1、論文討論了既有城市盾構隧道結構評價體系的構成及相應的工作流程。既有盾構隧道結構的服役性能包括結構的安全性和結構的耐久性兩個方面，評價指標體系包括整體性能的評價指標、安全性能評價指標和耐久性能評價指標?！　?、提出了結合初步調查，相關規(guī)范標準及計算分析制定了較為合理的從關鍵斷面到斷面內具體檢測部位的檢測方案。將隧道結構的檢測分為常規(guī)檢測和附加檢測，在每個檢測周期中，整個隧道結構應完全被檢測到，包括檢測方案規(guī)定的全部檢測項目和測點，同時根據(jù)結構重分析結果選擇附加測點。檢測的頻率可根據(jù)結構失效概率控制?！　?、利用考慮隧道結構抗彎剛度、縱向接頭和土體彈性抗力的解析模型，分別從隧道結構斷面變形觀測和隧道結構內力觀測出發(fā)，通過優(yōu)化反演分析識別隧道襯砌混凝土的彈性模量和縱向接頭的轉動剛度。　　4、給出考慮錯縫拼裝的隧道襯砌環(huán)縱橫向相互作用及彈性土體抗力作用的隧道結構縱向性能表述方法，并對我國第一條越江隧道結構的長期縱向變形行為進行系統(tǒng)分析?！　?、探討了考慮有害物質在混凝土襯砌中遷移的毛細作用、滲透作用、擴散作用、蒸發(fā)作用和管片螺栓電化學腐蝕的隧道襯砌結構耐久性退化模型。并基于Bayesian條件概率方法，將隧道結構檢測獲得的額外信息作為一個條件約束對隧道結構的耐久性理論模型進行修正。　　6、按初始階段和擴展階段分別給出了既有隧道結構耐久性能的限定狀態(tài)方程，初始階段的碳化作用是以碳化深度達到混凝土保護層厚度為限定狀態(tài)，氯離子侵蝕是以保護層厚度處氯離子濃度達到引起鋼筋脫鈍的臨界氯離子濃度為限定狀態(tài)，螺栓銹蝕以銹蝕引起的螺栓截面損失達到螺栓失效的I臨界力學限定狀態(tài)作為其限定狀態(tài)。擴展階段考慮混凝土開裂和鋼筋銹蝕失穩(wěn)前后兩個過程，分別以混凝土出現(xiàn)宏觀裂縫和鋼筋截面損失達到臨界值為限定狀態(tài)?！　?、通過引入隨機Markov鏈模型，結合定義的隧道結構服役壽命條件狀態(tài)，分別給出了既有隧道結構性能退化過程和隧道結構維護修復行為的Markov轉移概率矩陣和相應的條件狀態(tài)預測評價方法。　　

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