【博士】地鐵車站纖維混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B試驗及阻裂防水機(jī)理的研究【2007】

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　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：上海交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　工程實踐中，地鐵車站往往會產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。滲漏水會危及地鐵的運營及設(shè)備安全，縮短混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。地鐵車站混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B防水效果的優(yōu)劣直接影響總體工程的質(zhì)量，成為評價地鐵工程質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，故如何防治地鐵車站混凝土結(jié)構(gòu)的滲漏具有重要的理論研究價值和工程應(yīng)用價值。目前，摻加纖維已成為解決地鐵車站混凝土滲漏問題的主要技術(shù)之一。工程應(yīng)用時，設(shè)計部門依據(jù)試驗結(jié)果，或者依靠經(jīng)驗來確定不同類型的纖維摻量，纖維混凝土抗?jié)B防水機(jī)理研究不足，缺少定量設(shè)計依據(jù)，也無法評估此項技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。鑒于以上背景和問題，本文對地鐵車站纖維混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B防水技術(shù)作了以下幾方面的研究工作。　　本文以上海地鐵七號線一復(fù)合式地鐵車站為對象，對其誘導(dǎo)縫間長為32米的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段進(jìn)行有限元計算。通過對有限元計算結(jié)果的分析，得出以下結(jié)論：引起地鐵車站混凝土結(jié)構(gòu)開裂滲漏的主要荷載類型為等代溫降荷載，且地鐵車站混凝土的開裂屬于I型開裂。基于以上結(jié)論得出復(fù)合式地鐵車站混凝土滲漏的原因：混凝土結(jié)構(gòu)在受到濕降荷載時產(chǎn)生收縮變形，受到誘導(dǎo)縫處連接筋及側(cè)向墻的約束而產(chǎn)生小偏拉應(yīng)力場，當(dāng)局部區(qū)域的第一主拉應(yīng)力峰值達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時，即出現(xiàn)I型開裂，裂縫擴(kuò)展成貫通裂縫，且裂縫寬度達(dá)到一定值時即出現(xiàn)地鐵車站滲漏現(xiàn)象。　　本文利用Monte—Carlo隨機(jī)有限元法，采用M-R本構(gòu)關(guān)系，分析了溫降荷載作用下素混凝土和聚丙烯纖維混凝土板結(jié)構(gòu)的開裂過程?；陔S機(jī)有限元結(jié)果的統(tǒng)計分析，本文對聚丙烯纖維抗溫阻裂機(jī)理作如下闡述：由于增加了混凝土斷裂能的大小而推遲了混凝土最弱或最大拉應(yīng)力處裂縫的失穩(wěn)擴(kuò)展，降低了局部單元發(fā)生脆斷的概率，并通過補(bǔ)償變形緩和了整個結(jié)構(gòu)的受拉狀態(tài)，從而提高了其整體抗溫縮開裂的能力。本文還通過對不同端部約束條件聚丙烯纖維混凝土板的溫縮微裂過程的對比，得出混凝土板并不是就一定會在溫降作用下開裂滲漏，其收縮變形的約束條件也是極其重要的影響因素?！　閷で蠛线m的纖維混凝土抗?jié)B防水性能試驗評價方法，本文分別對聚丙烯纖維和鋼纖維進(jìn)行了抗?jié)B標(biāo)號法試驗和滲透高度法試驗。通過兩種常規(guī)抗?jié)B試驗發(fā)現(xiàn)：無論是聚丙烯纖維混凝土，還是鋼纖維混凝土，所得抗?jié)B標(biāo)號和滲透高度指標(biāo)都無法合理反映工程實踐中的纖維對混凝土抗?jié)B性能的改善作用，因此，常規(guī)的室內(nèi)抗?jié)B試驗不適合評價纖維混凝土工程中的防水性能。鑒于此，本文提出一套開裂損傷狀態(tài)纖維混凝土滲透性能測試方法，即劈拉．持載滲透試驗。為配合試驗思路，本文研制設(shè)計了一套持載裝置和一套微裂損傷狀態(tài)混凝土滲透測試儀。通過劈拉試驗，本文發(fā)現(xiàn)聚丙烯增強(qiáng)作用不明顯，鋼纖維則具有較為明顯的增強(qiáng)作用，二者都提高了混凝土的斷裂能，并且進(jìn)一步給出纖維特征物理參數(shù)與劈拉強(qiáng)度和斷裂能間的關(guān)系式。通過持載滲透試驗，得出不同開裂損傷程度試件對應(yīng)的防水級別?！　±脩?yīng)變等效假設(shè)，本文由Moelands．Reinhardt本構(gòu)方程推導(dǎo)出拉應(yīng)變空間下纖維混凝土的損傷演化方程?；诶w維混凝土劈拉全程試驗，本文進(jìn)一步推導(dǎo)出含有抗拉強(qiáng)度及斷裂能參數(shù)的修正的纖維混凝土損傷演化方程。利用修正后的纖維混凝土損傷演化方程，采用損傷有限元計算方法，得出不同防水級別要求下，不同類型、不同含量的纖維混凝土的極限損傷值?！　樽罱K解決不同防水級別下，地鐵車站混凝土板不同類型纖維的摻量設(shè)計問題，本文建立了混凝土板有限元模型，并提出纖維混凝土板分級防水極限溫降荷載的計算方法。根據(jù)不同防水等級、不同約束條件、不同長寬比條件下聚丙烯纖維和鋼纖維混凝土極限抵抗溫降值的計算結(jié)果，本文給出地鐵車站板纖維混凝土分級防水極限溫降狀態(tài)方程的具體表達(dá)式。最后以上海地鐵某未建車站底板為例，利用分級防水極限溫降狀態(tài)方程得出兩種纖維各自對應(yīng)的最低摻量?！　?

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