一种盾构管片微集料混凝土缩尺模型及其浇筑模具制造技术

本申请公开了一种盾构管片微集料混凝土缩尺模型及其浇筑模具，其根据管片主体抗弯承载力相似，设计微集料混凝土配合比及镀锌铁丝规格，并采用微集料混凝土和镀锌铁丝浇筑，还原钢筋混凝土的非线性力学行为；根据管片接头抗弯刚度相似，设计接头等效构造的细部尺寸和螺栓孔，还原盾构管片接头的三阶段非线性力学行为，能克服现有隧道模型无法还原钢筋混凝土材料非线性力学行为和管片接头非线性力学行为的关键技术问题

【技术实现步骤摘要】
一种盾构管片微集料混凝土缩尺模型及其浇筑模具


[0001]本申请涉及盾构隧道模型试验
，具体涉及一种用于研究盾构隧道管片在地层
‑
结构相互作用下的非线性力学行为的盾构管片微集料混凝土缩尺模型及其浇筑模具
。

技术介绍

[0002]盾构法是暗挖法隧道施工中的一种全机械化施工方法，因该法施工速度快
、
安全，且对周围环境影响小，已被广泛应用于城市地铁隧道建设中
。
由于工程水文地质条件复杂
、
暗挖施工空间封闭，以及盾构隧道的高安全性要求，地层中盾构管片的安全性往往需要通过试验研究评定
。
[0003]目前，盾构管片试验主要分为足尺试验和缩尺试验
。
由于足尺管片尺寸大，难以放置于土层中开展考虑地层
‑
结构相互作用的地层
‑
结构试验，故足尺试验为结构试验，也就是直接在结构上采用千斤顶施加点荷载的方式进行承载力评估
。
但是在实际情况下，服役于地层中的盾构管片的损伤破坏，会导致地层位移场的扰动和应力重分布，进而就会导致盾构隧道所受的外荷载发生重分布，进一步就又可能导致管片的损伤破坏，这是一个地层
‑
结构相互作用的过程
。
因此，现有模拟地层
‑
结构相互作用的主要手段为地层
‑
隧道模型试验，属于缩尺试验
。
[0004]现有地层
‑
隧道缩尺模型试验中存在两个局限性：第一个局限性是隧道模型采用均质弹性材料制作，无法模拟钢筋混凝土的材料非线性力学行为，也就是盾构管片混凝土的损伤演化规律及钢筋混凝土塑性阶段的应力应变关系；第二个局限性是接头构造简单，没有考虑间隙构造，难以模拟原型接头试验中常见的三阶段曲线，即无法模拟管片接头非线性力学行为
。
由于螺栓和接头间隙的存在，盾构管片接头的非线性力学行为呈现出明显的三个阶段，第一个阶段是全断面受压，刚度较大；第二个阶段是螺栓开始受力并最终达到屈服，此阶段刚度下降；第三个阶段是接头间隙闭合，间隙混凝土接触受力，刚度明显提升
。
因此，现有隧道模型难以用于研究实际地层环境中盾构隧道的力学行为
。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种盾构管片微集料混凝土缩尺模型及其浇筑模具，其根据管片主体抗弯承载力相似，设计微集料混凝土配合比及镀锌铁丝规格，并采用微集料混凝土和镀锌铁丝浇筑，还原钢筋混凝土的非线性力学行为；根据管片接头抗弯刚度相似，设计接头等效构造的细部尺寸和螺栓孔，还原盾构管片接头的三阶段非线性力学行为，能克服现有隧道模型无法还原钢筋混凝土材料非线性力学行为和管片接头非线性力学行为的关键技术问题，从而可以解决
技术介绍
中涉及的至少一个技术问题
。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：本申请实施例提供了一种盾构管片微集料混凝土缩尺模型，包括通过抗弯承载力相似设计的模型主体和设置于所述模型主体上并通过抗弯刚度相似设计的模型接头，其
中：所述模型主体由模拟钢筋混凝土材料非线性力学行为的微集料混凝土和钢筋笼浇筑而成；所述模型接头包括通过抗弯刚度相似设计计算并采用微集料混凝土浇筑成型的细部构造及螺栓孔
。
[0007]作为本申请的一种优选改进，所述微集料混凝土由
0.5
‑
1mm
粒径石英砂
、3.15
‑
7.1mm
粒径玄武岩骨料
、
硅灰
、
减水剂
、
水及水泥配置而成
。
[0008]作为本申请的一种优选改进，所述钢筋笼由镀锌铁丝绑扎而成
。
[0009]作为本申请的一种优选改进，所述细部构造包括盾构管片的外侧间隙
、
止水带间隙和内侧间隙
。
[0010]作为本申请的一种优选改进，所述微集料混凝土设计强度和弹性模量与制造盾构隧道的
C50
混凝土一致
。
[0011]作为本申请的一种优选改进，所述镀锌铁丝采用
3.0mm、0.9mm
直径的镀锌铁丝，以用于分别模拟盾构管片中的
HRB400、HPB300
钢筋
。
[0012]作为本申请的一种优选改进，所述模型接头三阶段非线性力学行为通过
OpenSees
有限元软件利用纤维梁单元模拟验证
。
[0013]本申请实施例还提供了一种用于制备所述的缩尺模型的浇筑模具，包括用于接头等效模型成型的侧板
、
固设于所述侧板底部的底座
、
用于螺栓孔成型并组配于所述侧板上的插销
、
用于手孔成型并固设于所述侧板内侧壁上的凸台以及固设于所述侧板顶部的顶盖，所述顶盖上预留有浇筑孔
。
[0014]作为本申请的一种优选改进，所述侧板
、
底座
、
顶盖均采用铣床加工
。
[0015]本申请的有益效果如下：
(1)
与现有均质弹性材料所制的隧道模型相比，本申请利用微集料混凝土和镀锌铁丝钢筋笼浇筑，结合微集料混凝土可模拟混凝土开裂
、
压溃的性质与镀锌铁丝可模拟钢筋屈服的性质，可解决均质弹性隧道模型无法还原钢筋混凝土材料非线性力学行为的关键技术问题
。
[0016](2)
与现有简单接头等效模型相比，本申请根据盾构管片接头抗弯刚度相似，设计模型接头细部构造及螺栓孔，并利用
OpenSees
有限元软件模拟验证模型接头三阶段非线性力学行为，可解决简单接头等效模型无法还原管片接头三阶段非线性力学行为的关键科学问题
。
[0017](3)
本申请通过
0.5
‑
1mm
粒径石英砂
、3.15
‑
7.1mm
粒径玄武岩骨料
、
硅灰
、0.1%
减水剂
、
水及水泥混合搅拌，配制的微集料混凝土，可自流实，且浇筑精度可达
0.1mm
，可解决镀锌铁丝钢筋笼密导致的缩尺模型难以浇筑成型的关键可行性问题
。
[0018](4)
本申请利用细骨料尺寸小的特点，配制浇筑精度可达
0.1mm
的微集料混凝土，解决了缩尺模型尺寸误差大的关键技术问题
。
同时，本专利技术通过添加适当比例硅灰
、0.1%
减水剂和水，实现微集料混凝土自流实，可解决镀锌铁丝钢筋笼密导致的缩尺模型难以浇筑成型的关键可行性问题
。
[0019](5)
本申请提供的高精度浇筑模具，通过铣床加工，精度达
0.1mm。
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种盾构管片微集料混凝土缩尺模型，其特征在于，包括通过抗弯承载力相似设计的模型主体和设置于所述模型主体上并通过抗弯刚度相似设计的模型接头，其中：所述模型主体由模拟钢筋混凝土材料非线性力学行为的微集料混凝土和钢筋笼浇筑而成；所述模型接头包括通过抗弯刚度相似设计计算并采用微集料混凝土浇筑成型的细部构造及螺栓孔；所述微集料混凝土由
0.5
‑
1mm
粒径石英砂
、3.15
‑
7.1mm
粒径玄武岩骨料
、
硅灰
、
减水剂
、
水及水泥配置而成
。2.
根据权利要求1所述的盾构管片微集料混凝土缩尺模型，其特征在于，所述钢筋笼由镀锌铁丝绑扎而成
。3.
根据权利要求1所述的盾构管片微集料混凝土缩尺模型，其特征在于，所述细部构造包括盾构管片的外侧间隙
、
止水带间隙和内侧间隙
。4.
根据权利要求1所述的盾构管片微集料混凝土缩尺模型，其特征在于，所述微集料混凝土设计强度和弹性模量与制造盾构隧道的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，张欢，陈仁朋，邓鹏，郭帅成，刘拯安，周家兴，郎志雄，邵逸博，李阳，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：