公路隧道作為高速公路運(yùn)營線路上的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其技術(shù)狀態(tài)直接影響著公路行車安全。新奧法施工的隧道中常常出現(xiàn)諸如二襯厚度不足、鋼筋缺失等質(zhì)量缺陷。按照現(xiàn)有行業(yè)評定標(biāo)準(zhǔn),缺陷段一般都需要重新返工。但事實(shí)上按照荷載結(jié)構(gòu)法的設(shè)計(jì)理論,設(shè)計(jì)圍巖壓力是可能承受的最大松動壓力;而實(shí)際工程中由于超前支護(hù)及錨桿作用,圍巖未必會松動,故二襯實(shí)際承受的壓力會比較小。本文擬采用應(yīng)力釋放法測試二襯混凝土應(yīng)力,反算二襯結(jié)構(gòu)承受的荷載,再與實(shí)際二襯結(jié)構(gòu)的承載能力相比較,作為質(zhì)量缺陷段二襯結(jié)構(gòu)的評價依據(jù)。最后結(jié)合工程實(shí)際對質(zhì)量缺陷段進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處治。論文所做的主要工作及獲得的成果如下:(1)采用ANSYS有限元軟件對偏心受壓混凝土構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力釋放模擬,當(dāng)所開方形槽的深度達(dá)到44mm時,測點(diǎn)混凝土應(yīng)力能完全釋放;采用切割兩條橫槽與分邊切割方形環(huán)槽的方式所需的應(yīng)力完全釋放深度相同;開橫槽間距越大,應(yīng)力完全釋放的深度越大,槽間距100mm為合理間距;應(yīng)力完全釋放深度與其上部作用荷載大小無關(guān)。(2)開展了5個混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)研究,與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對比,重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)力完全釋放深度的應(yīng)變。試驗(yàn)研究開槽順序、開槽方式、各級荷載和不加載情況下的開槽應(yīng)力釋放情況;總結(jié)出擾動引起的殘余應(yīng)變?yōu)橐粋�絕對值,殘余應(yīng)變平均值在-40με左右;扣除擾動后的試驗(yàn)誤差在±10με左右,滿足試驗(yàn)精度要求,可以將45mm作為開槽法應(yīng)力完全釋放深度。(3)采用MIDAS有限元軟件對標(biāo)準(zhǔn)兩、三車道和Ⅳ、Ⅴ級圍巖組合下的四種工況在不同荷載作用下的二襯表面應(yīng)變規(guī)律進(jìn)行分析,選取了拱頂、左右拱腰、左右邊墻、拱底6個關(guān)鍵應(yīng)變測試點(diǎn)�；贏NSYS軟件平臺開發(fā)反分析程序,通過建立表面應(yīng)變與荷載之間的反演關(guān)系對標(biāo)準(zhǔn)兩、三車道隧道二襯結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行反分析,文中設(shè)計(jì)算例證實(shí)了反演的可行性,該反分析程序具有一定的推廣性。結(jié)合壓彎構(gòu)件應(yīng)力釋放研究,給出了對二襯結(jié)構(gòu)安全性評價更為有效的方法。(4)對某隧道二襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場檢測,主要檢測結(jié)論為二襯厚度最薄處與原設(shè)計(jì)厚度相差9.8cm;采用圍巖注漿、粘貼鋼板兩種加固方式對缺陷隧道進(jìn)行處治;建議圍巖注漿預(yù)加固厚度取4m,粘貼鋼板加固厚度取2cm。
【學(xué)位單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U451.4
【部分圖文】：

在殘余應(yīng)力場內(nèi)任一處鉆孔（其中環(huán)孔直徑為ｄ，環(huán)孔深度為ｈ），測點(diǎn)應(yīng)力得??到釋放并導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生應(yīng)力重分布，通過應(yīng)變釋放量Ａｓ計(jì)算出該點(diǎn)殘余應(yīng)力。??由圖２＿２所示的應(yīng)變計(jì)粘貼方式，通過量測的應(yīng)變釋放量計(jì)算應(yīng)力為：??＝?￣Ｌ４＾?＿?４０＾１?－＾）２?＋（２ｅ２－ｅ］－ｅ３）２??？?＜＾２?＝?＼?；?３?＿￡－３）２?＋（＾ｅ２－ｓ１?－ｅ３）２?（２－１０）??４＾４?４ｘ＞??ｔａｎ?＝??ｓ，＋ｓ３??式中Ａ、＆、Ａ為殘余應(yīng)變釋放量；Ａ、Ｂ為待求參數(shù)；ＣＴｉ、〇＞２表示主應(yīng)??力。??參數(shù)Ａ、Ｂ可由Ｋｉｒｓｃｈ理論解得到：??＾?１?＋?ｖ?ｄ１??２Ｅ?４ｒ，／－，??＼?斤丨２」?（２－１１）??Ｂ＿?ｄｌ?ｘ?，?＼?＋?ｖ?ｄ＼ｔ，２＋ｒ，ｒ２＋ｒ２２）??２Ｅｒ＇ｒ２?４?４?ａ；?Ｖ２２??式中構(gòu)件材料的彈性模量和泊松比分別表示為五、Ｖ，?ｑ、￣分別表示??鉆孔中心到應(yīng)變計(jì)近端和遠(yuǎn)端的距離。??這里需要說明的是，參數(shù)Ａ、Ｂ需要由試驗(yàn)測定。盲孔法測試殘余應(yīng)力過程??比較繁瑣，并且參數(shù)Ａ、Ｂ需要由試驗(yàn)測定，難免會給測試工作帶來誤差。??２．?２．?３鉆孔法??鉆孔法是一種常見測試殘余應(yīng)力的方法，其工作原理是通過量測孔邊應(yīng)變釋??放量來計(jì)算殘余應(yīng)力

在殘余應(yīng)力場內(nèi)任一處鉆孔（其中環(huán)孔直徑為ｄ，環(huán)孔深度為ｈ），測點(diǎn)應(yīng)力得??到釋放并導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生應(yīng)力重分布，通過應(yīng)變釋放量Ａｓ計(jì)算出該點(diǎn)殘余應(yīng)力。??由圖２＿２所示的應(yīng)變計(jì)粘貼方式，通過量測的應(yīng)變釋放量計(jì)算應(yīng)力為：??＝?￣Ｌ４＾?＿?４０＾１?－＾）２?＋（２ｅ２－ｅ］－ｅ３）２??？?＜＾２?＝?＼?；?３?＿￡－３）２?＋（＾ｅ２－ｓ１?－ｅ３）２?（２－１０）??４＾４?４ｘ＞??ｔａｎ?＝??ｓ，＋ｓ３??式中Ａ、＆、Ａ為殘余應(yīng)變釋放量；Ａ、Ｂ為待求參數(shù)；ＣＴｉ、〇＞２表示主應(yīng)??力。??參數(shù)Ａ、Ｂ可由Ｋｉｒｓｃｈ理論解得到：??＾?１?＋?ｖ?ｄ１??２Ｅ?４ｒ，／－，??＼?斤丨２」?（２－１１）??Ｂ＿?ｄｌ?ｘ?，?＼?＋?ｖ?ｄ＼ｔ，２＋ｒ，ｒ２＋ｒ２２）??２Ｅｒ＇ｒ２?４?４?ａ；?Ｖ２２??式中構(gòu)件材料的彈性模量和泊松比分別表示為五、Ｖ，?ｑ、￣分別表示??鉆孔中心到應(yīng)變計(jì)近端和遠(yuǎn)端的距離。??這里需要說明的是，參數(shù)Ａ、Ｂ需要由試驗(yàn)測定。盲孔法測試殘余應(yīng)力過程??比較繁瑣，并且參數(shù)Ａ、Ｂ需要由試驗(yàn)測定，難免會給測試工作帶來誤差。??２．?２．?３鉆孔法??鉆孔法是一種常見測試殘余應(yīng)力的方法，其工作原理是通過量測孔邊應(yīng)變釋??放量來計(jì)算殘余應(yīng)力

ＳＹＳ有限元軟件。???３方形環(huán)孔應(yīng)力釋放有限元分析??ＡＮＳＹＳ軟件是一款大型通用有限元分析程序，對求解各類結(jié)構(gòu)的靜力、動??、線性和非線性等問題具有很好的效果。本文采用ＡＮＳＹＳ軟件對壓彎構(gòu)件進(jìn)??應(yīng)力釋放模擬研究，現(xiàn)對模擬過程中的關(guān)鍵單元作簡要介紹。???３．１單元簡介??３．１．１?混凝土單元－ＳＯＬＩ?Ｄ６５??混凝土工程數(shù)值分析中一般采用ＳＯＬＩＤ６５單元來對三維實(shí)體模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)??析。圖２－５所示，該單元為八節(jié)點(diǎn)各向同性材料，且每個節(jié)點(diǎn)都含有Ｘ、Ｙ、Ｚ??個方向線位移的３個自由度。該單元可以用來模擬混凝土材料的徐變、塑性變??、開裂和壓碎；也可以用來模擬具有單向剛度的鋼筋材料。本文建模過程中采??該單元來模擬混凝土。??
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本文編號：2873954