【摘 要】 通過鋼纖維混凝土的力學性能和簡要概算, 分析 了鋼纖維混凝土盾構管片的優勢所在,得出鋼纖維混凝土盾構管片 應用 的可行性。
【關鍵詞】 鋼纖維; 盾構管片; 可行性
進入21世紀,我國在北京、上海、廣州、南京等大城市進行著大規模的地鐵建設,並且有相當一部分標段採用盾構法施工。由於盾構隧道施工技術可以最大限度的減少對城市其他設施的 影響 ,所以正逐漸成為地鐵隧道施工的主流技術。
目前 的盾構管片主要以鋼筋混凝土管片為主,而在實際使用中發現,一般1.2m寬的A型鋼筋混凝土管片重量約為4t,運輸和安裝中容易破損和開裂,管片的破損和裂縫對隧道的安全性和耐久性產生不利影響,這是盾構法中較棘手但又必須解決的 問題 。 研究 和試驗發現,摻入鋼纖維後的混凝土具有良好的力學性能,能較好地解決以上的問題,在國外已有採用鋼纖維混凝土盾構管片的實例。但鋼纖維材料較高的價格,是其應用的主要制約因素,本文就其可行性進行簡要分析。
1 鋼纖維混凝土的力學性能
鋼纖維混凝土(SteelFiberREinforcedConcrete,簡稱SFRC)是一種多向復合建築材料,與普通混凝土相比,鋼纖維混凝土的主要優點有:
①有較高的拉伸強度,彎曲強度和剪切強度;
②有較好的韌性及耐衝擊性;
③有較強的約束裂紋擴展能力,變形能大;
④有極好的耐磨性能及較好的抗凍融性和耐熱性;
⑤邊緣和轉角部位的碎裂少,不易產生爆裂。
2 鋼纖維混凝土盾構管片的優勢
2.1 承載能力提高
(1)鋼筋混凝土構件受拉區混凝土開裂後即失去作用,而開裂後的鋼纖維混凝土還能承受一部分拉力;
(2)通常結構設計遵循的原則是按承載能力極限狀態法進行設計,按正常使用極限狀態法驗算。而鋼纖維混凝土結構最大裂縫寬度的驗算公式[1]為:
式中:
wfmax———按荷載效應的標準組合併考慮長期作用影響 計算 的鋼筋鋼纖維混凝土構件的最大裂縫寬度;
wmax———同等級鋼筋混凝土,按現行混凝土結構設計規範計算的構件的最大裂縫寬度;
βcw———鋼纖維對構件裂縫寬度的影響係數,對於偏心受壓結構,βcw=0.35;
λf———鋼纖維的特徵參數,, ,與鋼纖維長徑比(L/D)、體積率(ρf)有關。對於盾構管片,ρf一般為0.4%~0.6%。
因此在同樣內力條件下,計算所需的含鋼量將明顯減少(從表1可以看出),也就是說,在同樣配筋情況下,鋼纖維混凝土結構的承載力將顯著提高。
2.2 安全性和耐久性
對於地下結構而言,結構物的碳化以及侵蝕性介質的腐蝕是影響其耐久性的重要因素,此外,地鐵隧道中雜散電流的電化學腐蝕也是其重要的影響因素。
雜散電流的腐蝕主要通過電化學反應,在鋼筋與混凝土的介面處產生可溶的鹼式矽酸鹽或鋁酸鹽,使結合強度顯著降低。在電流離開鋼筋返回混凝土的部位,鋼筋呈陽極並發生腐蝕。腐蝕產物在陽極處的堆積產生機械脹力而使混凝土開裂。這同 自然 環境下的鋼筋鏽蝕產生的銹脹力使混凝土開裂的機理相同。
【關鍵詞】 鋼纖維; 盾構管片; 可行性
進入21世紀,我國在北京、上海、廣州、南京等大城市進行著大規模的地鐵建設,並且有相當一部分標段採用盾構法施工。由於盾構隧道施工技術可以最大限度的減少對城市其他設施的 影響 ,所以正逐漸成為地鐵隧道施工的主流技術。
目前 的盾構管片主要以鋼筋混凝土管片為主,而在實際使用中發現,一般1.2m寬的A型鋼筋混凝土管片重量約為4t,運輸和安裝中容易破損和開裂,管片的破損和裂縫對隧道的安全性和耐久性產生不利影響,這是盾構法中較棘手但又必須解決的 問題 。 研究 和試驗發現,摻入鋼纖維後的混凝土具有良好的力學性能,能較好地解決以上的問題,在國外已有採用鋼纖維混凝土盾構管片的實例。但鋼纖維材料較高的價格,是其應用的主要制約因素,本文就其可行性進行簡要分析。
1 鋼纖維混凝土的力學性能
鋼纖維混凝土(SteelFiberREinforcedConcrete,簡稱SFRC)是一種多向復合建築材料,與普通混凝土相比,鋼纖維混凝土的主要優點有:
①有較高的拉伸強度,彎曲強度和剪切強度;
②有較好的韌性及耐衝擊性;
③有較強的約束裂紋擴展能力,變形能大;
④有極好的耐磨性能及較好的抗凍融性和耐熱性;
⑤邊緣和轉角部位的碎裂少,不易產生爆裂。
2 鋼纖維混凝土盾構管片的優勢
2.1 承載能力提高
(1)鋼筋混凝土構件受拉區混凝土開裂後即失去作用,而開裂後的鋼纖維混凝土還能承受一部分拉力;
(2)通常結構設計遵循的原則是按承載能力極限狀態法進行設計,按正常使用極限狀態法驗算。而鋼纖維混凝土結構最大裂縫寬度的驗算公式[1]為:
式中:
wfmax———按荷載效應的標準組合併考慮長期作用影響 計算 的鋼筋鋼纖維混凝土構件的最大裂縫寬度;
wmax———同等級鋼筋混凝土,按現行混凝土結構設計規範計算的構件的最大裂縫寬度;
βcw———鋼纖維對構件裂縫寬度的影響係數,對於偏心受壓結構,βcw=0.35;
λf———鋼纖維的特徵參數,, ,與鋼纖維長徑比(L/D)、體積率(ρf)有關。對於盾構管片,ρf一般為0.4%~0.6%。
因此在同樣內力條件下,計算所需的含鋼量將明顯減少(從表1可以看出),也就是說,在同樣配筋情況下,鋼纖維混凝土結構的承載力將顯著提高。
2.2 安全性和耐久性
對於地下結構而言,結構物的碳化以及侵蝕性介質的腐蝕是影響其耐久性的重要因素,此外,地鐵隧道中雜散電流的電化學腐蝕也是其重要的影響因素。
雜散電流的腐蝕主要通過電化學反應,在鋼筋與混凝土的介面處產生可溶的鹼式矽酸鹽或鋁酸鹽,使結合強度顯著降低。在電流離開鋼筋返回混凝土的部位,鋼筋呈陽極並發生腐蝕。腐蝕產物在陽極處的堆積產生機械脹力而使混凝土開裂。這同 自然 環境下的鋼筋鏽蝕產生的銹脹力使混凝土開裂的機理相同。
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