束合管幕结构结合缝受剪性能足尺试验研究

为降低对城市地面道路、管线、建(构)筑物的影响,改善管幕法修建的地下通道结构受力,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——U-BIT束合管幕工法。该工法采用矩形钢管,通过沿环向施加预应力,使各个钢管之间协同受力,形成受力整体,进而达到减小构件尺寸、提高结构的整体刚度和承载能力的效果。然而,U-BIT束合管幕结构的施工工艺以及结构性能的研究还处于初期阶段,其结构力学性能和受力薄弱点均不清晰,为保障该结构的施工安全,探究该束合管幕结构的性能以及拓展该结构的适用性,亟需对束合管幕结构的受力性能进行研究。本文在工程需求和前期文献调研的基础上,针对该束合管幕结构开展受剪性能的足尺试验,探究束合管幕结构在剪切作用下的变形响应,结果表明:预应力可有效增大结构抗剪刚度;结合缝薄弱位置出现在混凝土与钢管节的黏结界面处,无预应力作用时,主要由界面黏结作用及锁扣承担剪力,而锁扣抗剪承载仅在极限状态下发挥作用,设计时不宜考虑,建议仅考虑黏结作用;在结合缝张开以后,混凝土与钢管节有效黏结面积会显著减小,抗剪刚度随之降低,并引起结合缝错台的大幅增加,进一步引起抗剪承载力降低。

饱和软土地区束合管幕结构无黏结预应力筋线型影响分析

为克服管幕法钢管节之间无法协同工作、支护效率差等缺点,进一步拓展管幕在浅埋大跨地下结构中的优势,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——U-BIT束合管幕结构。该工法采用矩形管幕作为支护结构,管幕通过锁扣以及填充混凝土进行连接,并通过张拉横向预应力,使各个钢管之间协同受力,形成受力整体。为进一步研究预应力筋布置线型对束合管幕结构力学机制的影响,结合压弯试验及剪切试验,针对预应力筋二次型及双直线型布置形式进行对比分析。结果表明:1)预应力筋线型布置不影响结合缝黏结界面的开裂荷载及结构破坏机制;2)压弯试验中结合缝张开后,张拉相同预应力时,二次型布置下的结合缝极限弯矩承载力是双直线型的1.4~1.6倍;3)剪切试验中,结合缝未出现张开及错动时,施加预应力可等视为外部施加水平力,而结合缝抗剪刚度基本随水平力线型增长,二次型布置会比相同水平力作用下双直线型结构中结合缝抗剪刚度大7%~9%;4)结构实际受力是处于压弯剪的复合受力状态,结合缝脱开会导致结构抗剪承载力大幅下降。

束合管幕结构结合缝压弯性能足尺试验研究

为克服管幕法钢管节之间无法协同工作、支护效率差等缺点,进一步拓展管幕法在浅埋大跨地下结构施工中的优势,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——U-BIT束合管幕工法。但该工法的施工工艺以及结构性能的研究还处于初期阶段,其结构力学性能和受力薄弱点均不清晰,亟需开展系列试验及模型研究。在工程需求和前期文献调研的基础上,针对该束合管幕结构开展压弯性能足尺试验研究,探究束合管幕结构在压弯作用下的受力特性与承载能力。结果表明:1)结构挠度、结合缝张开可划分为6个发展阶段;2)结合缝脱开、混凝土局部破坏、CT型锁扣紧贴以及CT型锁扣脱开是结构的重要性能点;3)结构破坏形式表现为上部CT型锁扣脱开,无法继续承担外荷载;4)结合缝开裂荷载及结构承载力极限荷载的试验结果均与理论值相近。

饱和软土地区束合管幕结构受力性能足尺试验研究

为降低地下工程建设对城市地面道路、管线、建(构)筑物的影响,改善管幕法修建的地下通道结构受力,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——地下束合管幕结构。基于工程需求,针对该束合管幕结构开展1/4结构的足尺试验研究,以探究束合管幕结构在设计工况、超载工况下的变形响应。结果表明:1)结构变形发展可以分为弹性受力阶段与非线性阶段2个阶段;2)束合管幕结构的薄弱位置在结构顶部1/4跨的结合缝处,结合缝脱开是关键点,脱开应力为2.106 MPa;3)束合管幕结构能够承受2倍的设计埋深对应荷载而不出现任何脱开,当结合缝脱开后结构刚度降低60%,同时,在4倍设计埋深对应荷载下,结构未破坏且仍具备承载能力;4)在超载工况时,预应力应变增量与结构竖向挠度之间几乎呈线性比例关系。

束合管幕结构侧部卸载工况下受力性能足尺试验研究

为研究束合管幕结构的力学性能和受力薄弱点,开展了四分之一结构的足尺试验,保持顶部4倍设计埋深对应荷载不变,进行侧部的卸载工况研究。结果表明,随上部与侧部荷载差值的增大,侧部结合缝脱开、结构变形及预应力筋应变增速均显著增加;侧部完全卸载后,结构有明显变形,但仍具备一定的承载能力;整个试验过程中,结构刚度变化为先降低再增大最后大幅降低,最终为初始刚度的36%。