[发明专利]钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力及配筋测定方法

说明书

本发明公开了一种钢筋‑钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力及配筋测定方法，以开口梁三点弯曲试验所得弹性弯拉残余强度值作为材料本构模型的基础参数，将试验所得的弹性弯拉残余强度转化为本构模型下的轴拉残余强度，再根据钢纤维混凝土抗拉强度和应力分布函数确定盾构管片正截面上的钢纤维混凝土轴向力和弯矩，然后将钢筋配置考虑进来，建立钢筋‑钢纤维混凝土盾构管片正截面极限承载力平衡方程组，确定盾构管片正截面上的极限承载力或钢筋配置。因此本发明既能用于确定极限状态承载力，又能用于确定钢筋配置，进一步完善了钢筋‑钢纤维混凝土结构正截面承载能力测算体系，有助于钢筋‑钢纤维混凝土结构优势的充分发挥和在其他领域的推广应用。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，涉及隧道工程中盾构管片承载力测定，具体涉及考虑了钢纤维混凝土裂后增强增韧机理的盾构隧道管片正截面承载力及配筋测定方法。

背景技术

盾构施工方法是掘进机在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)。盾构隧道衬砌多采用普通钢筋混凝土管片，钢筋混凝土管片具有可靠的力学强度，耐腐蚀好，施工制作技术成熟，但在不断的使用过程中也暴露出用钢量大、生产工效低、易出现脆性破坏、局部破损率高等问题。而在钢筋混凝土中掺入钢纤维，可显著改善管片的抗拉性能，增强钢筋混凝土的韧性，弥补普通盾构管片的诸多问题。

盾构隧道的衬砌管片多为圆形，其受力形式以正截面偏心受压为主。目前，我国的钢筋-钢纤维混凝土结构正截面承载力测定方法主要依据为《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38:2004)。规程所提供的钢筋-钢纤维混凝土结构正截面承载力测定方法主要依据等效梁截面的计算模型，钢纤维混凝土抗拉强度用等效矩形应力表示，并将该强度参数带入内力平衡方程计算。规程所用计算方法虽考虑了钢纤维对混凝土的承载力增强作用，但仍存在以下问题：(1)规程中钢纤维混凝土的抗拉强度取值主要以经验参数为主，本构模型与实际存在偏差，计算结果偏保守且精确度不高；(2)作为普通钢筋混凝土结构判别为大偏压的构件，考虑钢纤维混凝土抗拉增强作用后，在受压区破坏时，受拉钢筋不能屈服，成为事实上的小偏压构件；规程考虑到小偏心受压构件的承载力提高有限，故仍按现行普通钢筋混凝土结构规定计算，忽视了钢纤维混凝土裂后抗拉性能的提高对偏压破坏形式的影响；(3)规程未对受压区高度做限值要求，以保证受压钢筋在构件破坏时达到抗压强度。

综上所述，目前缺少对钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力的有效测定方法。若能在材料强度试验与结构受力理论分析的基础上，考虑钢纤维混凝土裂后性能，提出更合理的钢筋-钢纤维混凝土正截面承载力测定方法，将进一步完善钢筋-钢纤维混凝土管片的设计理论，对于钢筋-钢纤维混凝土结构优势的充分发挥和在其他领域的推广应用，也都具有重大的现实意义。

发明内容

针对目前缺少有效测定钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力方法的技术现状，本发明目的旨在提供一种钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面承载力测定方法，考虑了钢纤维混凝土裂后性能，能够更准确的测定盾构管片正截面承载力，从而为隧道工程建设提供有效数据支持。

本发明的另一目的旨在提供一种钢筋-钢纤维混凝土盾构管片正截面配筋测定方法，考虑了钢纤维混凝土裂后性能，能够更加准确的测定所需盾构管片正截面配筋，确保盾构隧道结构的安全性。

为达到以上目的，本发明仅考虑具有对称配筋的盾构管片结构，首先根据钢纤维混凝土试件三点梁试验确定盾构管片的本构模型，然后根据本构模型确定极限状态的钢纤维混凝土抗拉强度，再根据钢纤维混凝土抗拉强度和钢纤维混凝土应力分布函数确定正截面上的钢纤维混凝土轴向力和弯矩，然后将钢筋配置考虑进来，根据正截面上钢纤维混凝土轴向力、弯矩以及钢筋受力确定管片极限状态承载力(包括轴向受压承载力N_u和受弯承载力M_u)，或者根据正截面上钢纤维混凝土轴向力、弯矩以及已知的管片极限状态承载力确定所需的钢筋。

因此，通过本发明不仅可以测定钢筋-钢纤维混凝土盾构管片极限状态下的正截面承载力，还可以测定满足设计的极限状态的承载力所需的钢筋配置。