隧道混凝土襯砌裂縫控制及有限元分析.pdf

1、隧道襯砌作為隧道抵御各類病害的重要屏障，可以防護隧道內車輛尾氣對隧道結構的損傷，同時抵御地下水對隧道的侵蝕，并具有一定支護和穩(wěn)定圍巖的作用，對隧道的安全和耐久性能具有重要影響。論文研究了摻鈣鎂質膨脹劑襯砌混凝土的力學和變形性能，采用ANSYS有限元分析軟件對混凝土襯砌結構在荷載作用下的應力分布進行了仿真分析和數(shù)值模擬，主要研究內容和結論如下：
　?。?）論文對摻鈣鎂質膨脹材料襯砌混凝土的力學和抗裂性能進行了試驗研究，結果表明：膨脹

2、劑在0-5％范圍內，抗壓強度隨摻量增加而增加，摻量在3.94%-4.73%，混凝土的強度達到最大；在5%-8%范圍內，抗壓強度隨摻量增加而下降，摻量超過7.1%-7.6%，摻鈣鎂質膨脹劑混凝土強度低于未摻的基準混凝土；襯砌混凝土彈性模量隨鈣鎂質膨脹劑摻量增加而增加，養(yǎng)護7天，增加的最多，約為7.8%，但增長幅度隨摻量增加逐漸下降，混凝土的抗壓強度與彈性模量呈線性關系。摻鈣鎂質膨脹劑隧道襯砌混凝土的開裂時間晚于未摻的基準混凝土，延遲時間最

3、多達45.1%，混凝土開裂面積減少50%以上，開裂條數(shù)約減少了43%，其抗裂性能高于基準混凝土。
　?。?）論文對不同濕度和約束條件下襯砌混凝土的變形性能進行了分析研究，研究結果表明：混凝土在不同養(yǎng)護齡期的膨脹量與其所受到的約束程度成反比，摻鈣鎂質膨脹劑的鋼筋混凝土變形、限制變形為自由變形在干燥條件下變形量的19.6%和38.6%，對膨脹混凝土施加約束能有效抑制收縮；養(yǎng)護濕度越高，試件變形程度越大，在水中養(yǎng)護的膨脹量較標準養(yǎng)護條件

4、下的約增加了17.2%-20.3%；在大氣中養(yǎng)護的混凝土均呈現(xiàn)收縮變形，但摻膨脹材料的混凝土收縮變形降低，最大減少約25.5%；通過溫度-應力試驗研究表明摻鈣鎂質膨脹劑混凝土的最大壓力和開裂應力較基準襯砌混凝土有明顯提高，應力儲備提高至63%，開裂溫度降低約5℃。
　?。?）有限元分析模擬研究表明：在隧道襯砌邊角部位和頂部跨中部位主應力較大，最大的軸力發(fā)生在墻的底部，最大的變形出現(xiàn)在底部和頂部的跨中部。摻入鈣鎂質膨脹劑后開裂區(qū)域和