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海底隧道衬砌裂缝控制关键技术研究

荣耀  
【摘要】:厦门翔安海底隧道属国内首次兴建的海底隧道,与常见的山岭隧道相比照,在海底隧道衬砌结构裂缝的设计和分析计算方面,将具有若干与一般隧道不尽相同的技术关键问题,亟待在设计施工中着重反映,而这些在一般的隧道结构设计中通常都不另作专门考虑。鉴于此,论文结合厦门翔安海底隧道工程的设计实践,围绕海底隧道钢筋混凝土衬砌裂缝控制问题,对海底隧道裂缝形成机理、衬砌裂缝参数的计算模式、衬砌模型试验等进行了较深入的系统分析研究,运用模糊逻辑控制理论建立海底隧道衬砌温度应力裂缝模糊控制系统,并结合可靠度理论进行了裂缝控制模糊随机可靠性分析。文中的一些研究在国内外均尚为罕见,因而具有较好的创意性。本论文的主要研究内容如下: (1)海底隧道衬砌的裂缝问题主要是由混凝土的自身特性、围岩压力和高水头外水压、温湿度等环境条件变化及混凝土施工养护工艺等多方面因素所决定的。论文在统计分析了44条隧道衬砌裂缝成因及扩展规律的基础上,应用数据挖掘理论、逻辑诊断理论和粗集理论对海底隧道钢筋混凝土衬砌裂缝的形成机理进行了探究,并用实例说明该项分析工作的可行性。 (2)论文通过有关模型试验探讨了钢筋混凝土偏压构件裂缝发生和发展的演变规律,对模型构件加载下的裂缝扩展宽度、扩展速度及扩展加速度进行了分析,据以判断裂缝的发展趋势及稳定性,并在此基础上有助于提出更为合理而有效的裂缝控制措施,使能进行海底隧道衬砌的限裂设计。 (3)结合当前公路隧道设计中采用的几种规范的实际情况,论文分析了隧道衬砌结构裂缝参数的计算公式应用于海底隧道衬砌计算中存在的若干问题,并将计算结果与试验结果进行了对比分析,裂缝最大宽度计算值与试验值相差较大,相差幅度为2~5倍。基于弹性地基曲梁的理论和计算方法建立了隧道衬砌的控制微分方程,根据圣维南原理推导出了裂缝间距相应中心角应满足的卓越方程,并由此得出了隧道衬砌在不利荷载组合作用下产生的裂缝间距,进而分别确定了在相同和不同裂缝间距情况下的裂缝宽度,认为可以采用论文建议的方法分弧段进行裂缝参数计算。 (4)运用模糊控制理论,论文初步研制了一套可供海底隧道衬砌温度应力裂缝模糊控制的专用软件系统。主要内容包括:海底隧道衬砌温度应力裂缝系统


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