【摘 要】 通过钢纤维混凝土的力学性能和简要概算, 分析 了钢纤维混凝土盾构管片的优势所在,得出钢纤维混凝土盾构管片 应用 的可行性。
【关键词】 钢纤维; 盾构管片; 可行性
进入21世纪,我国在北京、上海、广州、南京等大城市进行着大规模的地铁建设,并且有相当一部分标段采用盾构法施工。由于盾构隧道施工技术可以最大限度的减少对城市其他设施的 影响 ,所以正逐渐成为地铁隧道施工的主流技术。
目前 的盾构管片主要以钢筋混凝土管片为主,而在实际使用中发现,一般1.2m宽的A型钢筋混凝土管片重量约为4t,运输和安装中容易破损和开裂,管片的破损和裂缝对隧道的安全性和耐久性产生不利影响,这是盾构法中较棘手但又必须解决的 问题 。 研究 和试验发现,掺入钢纤维后的混凝土具有良好的力学性能,能较好地解决以上的问题,在国外已有采用钢纤维混凝土盾构管片的实例。但钢纤维材料较高的价格,是其应用的主要制约因素,本文就其可行性进行简要分析。
1 钢纤维混凝土的力学性能
钢纤维混凝土(SteelFiberREinforcedConcrete,简称SFRC)是一种多向复合建筑材料,与普通混凝土相比,钢纤维混凝土的主要优点有:
①有较高的拉伸强度,弯曲强度和剪切强度;
②有较好的韧性及耐冲击性;
③有较强的约束裂纹扩展能力,变形能大;
④有极好的耐磨性能及较好的抗冻融性和耐热性;
⑤边缘和转角部位的碎裂少,不易产生爆裂。
2 钢纤维混凝土盾构管片的优势
2.1 承载能力提高
(1)钢筋混凝土构件受拉区混凝土开裂后即失去作用,而开裂后的钢纤维混凝土还能承受一部分拉力;
(2)通常结构设计遵循的原则是按承载能力极限状态法进行设计,按正常使用极限状态法验算。而钢纤维混凝土结构最大裂缝宽度的验算公式[1]为:
式中:
wfmax———按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响 计算 的钢筋钢纤维混凝土构件的最大裂缝宽度;
wmax———同等级钢筋混凝土,按现行混凝土结构设计规范计算的构件的最大裂缝宽度;
βcw———钢纤维对构件裂缝宽度的影响系数,对于偏心受压结构,βcw=0.35;
λf———钢纤维的特征参数,, ,与钢纤维长径比(L/D)、体积率(ρf)有关。对于盾构管片,ρf一般为0.4%~0.6%。
因此在同样内力条件下,计算所需的含钢量将明显减少(从表1可以看出),也就是说,在同样配筋情况下,钢纤维混凝土结构的承载力将显著提高。
2.2 安全性和耐久性
对于地下结构而言,结构物的碳化以及侵蚀性介质的腐蚀是影响其耐久性的重要因素,此外,地铁隧道中杂散电流的电化学腐蚀也是其重要的影响因素。
杂散电流的腐蚀主要通过电化学反应,在钢筋与混凝土的界面处产生可溶的碱式硅酸盐或铝酸盐,使结合强度显著降低。在电流离开钢筋返回混凝土的部位,钢筋呈阳极并发生腐蚀。腐蚀产物在阳极处的堆积产生机械胀力而使混凝土开裂。这同 自然 环境下的钢筋锈蚀产生的锈胀力使混凝土开裂的机理相同。
【关键词】 钢纤维; 盾构管片; 可行性
进入21世纪,我国在北京、上海、广州、南京等大城市进行着大规模的地铁建设,并且有相当一部分标段采用盾构法施工。由于盾构隧道施工技术可以最大限度的减少对城市其他设施的 影响 ,所以正逐渐成为地铁隧道施工的主流技术。
目前 的盾构管片主要以钢筋混凝土管片为主,而在实际使用中发现,一般1.2m宽的A型钢筋混凝土管片重量约为4t,运输和安装中容易破损和开裂,管片的破损和裂缝对隧道的安全性和耐久性产生不利影响,这是盾构法中较棘手但又必须解决的 问题 。 研究 和试验发现,掺入钢纤维后的混凝土具有良好的力学性能,能较好地解决以上的问题,在国外已有采用钢纤维混凝土盾构管片的实例。但钢纤维材料较高的价格,是其应用的主要制约因素,本文就其可行性进行简要分析。
1 钢纤维混凝土的力学性能
钢纤维混凝土(SteelFiberREinforcedConcrete,简称SFRC)是一种多向复合建筑材料,与普通混凝土相比,钢纤维混凝土的主要优点有:
①有较高的拉伸强度,弯曲强度和剪切强度;
②有较好的韧性及耐冲击性;
③有较强的约束裂纹扩展能力,变形能大;
④有极好的耐磨性能及较好的抗冻融性和耐热性;
⑤边缘和转角部位的碎裂少,不易产生爆裂。
2 钢纤维混凝土盾构管片的优势
2.1 承载能力提高
(1)钢筋混凝土构件受拉区混凝土开裂后即失去作用,而开裂后的钢纤维混凝土还能承受一部分拉力;
(2)通常结构设计遵循的原则是按承载能力极限状态法进行设计,按正常使用极限状态法验算。而钢纤维混凝土结构最大裂缝宽度的验算公式[1]为:
式中:
wfmax———按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响 计算 的钢筋钢纤维混凝土构件的最大裂缝宽度;
wmax———同等级钢筋混凝土,按现行混凝土结构设计规范计算的构件的最大裂缝宽度;
βcw———钢纤维对构件裂缝宽度的影响系数,对于偏心受压结构,βcw=0.35;
λf———钢纤维的特征参数,, ,与钢纤维长径比(L/D)、体积率(ρf)有关。对于盾构管片,ρf一般为0.4%~0.6%。
因此在同样内力条件下,计算所需的含钢量将明显减少(从表1可以看出),也就是说,在同样配筋情况下,钢纤维混凝土结构的承载力将显著提高。
2.2 安全性和耐久性
对于地下结构而言,结构物的碳化以及侵蚀性介质的腐蚀是影响其耐久性的重要因素,此外,地铁隧道中杂散电流的电化学腐蚀也是其重要的影响因素。
杂散电流的腐蚀主要通过电化学反应,在钢筋与混凝土的界面处产生可溶的碱式硅酸盐或铝酸盐,使结合强度显著降低。在电流离开钢筋返回混凝土的部位,钢筋呈阳极并发生腐蚀。腐蚀产物在阳极处的堆积产生机械胀力而使混凝土开裂。这同 自然 环境下的钢筋锈蚀产生的锈胀力使混凝土开裂的机理相同。
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