铁路动载对下伏隧道结构现浇混凝土性能影响试验研究

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目前我国正在大规模的推行基础设施建设,海绵城市战略和一带一路的构想有效的加速了轨道交通行业的发展,而交通拥堵问题一直是我国城市发展的弊端,很多时候铁路和道路在进行交叉时不得不采取“立交”而非“平交”的形式,在下伏隧道施工时,上方的铁路线路往往是维持正常运营的,这就导致二衬混凝土在全生命周期内都不可避免的会受到上方列车动载产生的振动扰动,这种振动是否会对早龄期混凝土产生影响,如果有又是哪方面的影响等等一系列问题都是值得思考的。我们知道混凝土在浇筑的初期是呈流塑状态,各项性能都处在一个不断发展的阶段,早龄期混凝土的力学性能不仅影响着施工期结构的安全性和工程进度,对其日后的服役性能和耐久性也有着直接的影响,因此研究列车动载对早龄期混凝土的力学性能影响及其变化规律具有重要的理论意义和应用价值。
  本文以成都地铁1号线广州路站-兴隆湖站区间出入线下穿既有成昆货运外绕线工程为依托,综合运用了理论分析、数值模拟、室内实验等方法,详细研究了早龄期混凝土受到列车动载后对后期力学性能的影响和早龄期混凝土强度参数的增长规律,本文完成的主要研究工作和创新成果如下:
  (1)对C30、C40、C50和C60四种混凝土早期的粘聚力和内摩擦角进行连续测定,绘制了c和φ的时程变化曲线,通过实验数据之间的对比得出混凝土标号越高,粘聚力快速增长的时间转折点越靠前以及第4小时到第6小时内摩擦角发生突变,是从“土”过渡到“石”的一个时间节点的推断;
  (2)通过FLAC和GTS数值模拟软件对最不利工况进行分析,选取典型衬砌点的加速度、位移、动拉应力和动压应力为响应分析指标,依托现场情况对拱顶、拱腰、边墙和拱脚等位置的动力响应进行详细分析,研究不同部位在不同工况下受到影响的程度和动态响应规律,同时提出了距离线路交叉点15米的范围为显著影响区域的结论;
  (3)在已验证的数值模拟方法的基础上,通过振动台模拟早期混凝土受到的列车振动,同时设置室内养护和标准养护的两个对照组,通过对不同龄期的混凝土试件进行立方体抗压强度和劈裂抗拉强度实验,同时进行超声波内部探伤,找到使混凝土力学性能受到影响的临界破坏荷载约为0.2g,同时也划分出有利于强度增长的增益区间和使强度出现损失的有害区间。
  (4)通过对6个实验组、2个对照组超过300个试件的实验测试,拟合出C40早龄期混凝土在受到不同峰值的加速度荷载时其力学性能随龄期变化的公式;考虑到多因素的影响,引入荷载和龄期的双参数变化因素,在已取得实验结果的基础上进一步细化迭代,给出了基于双参数的早龄期混凝土在列车动载条件下的轴心抗压强度和劈裂抗拉强度的预测公式,经检验决定系数均大于0.96,且与实际情况吻合较好,符合实验过程中所呈现的规律,可以为现场施工提供借鉴和参考。
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