盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

作     者：张志强 张康健 刘新华 刘征 封坤 唐旭 Zhang Zhiqiang;Zhang Kangjian;Liu Xinhua;Liu Zheng;Feng Kun;Tang Xu

作者机构：西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 

出 版 物：《土木工程学报》 (China Civil Engineering Journal)

年 卷 期：2024年第57卷第1期

页      面：111-121页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0806[工学-冶金工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：高铁联合基金(U1934213) 国家自然科学基金(51878572) 

主　　题：盾构隧道 钢筋锈蚀 破坏形态转变 临界锈蚀率 偏心受压构件 

摘      要：盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点,设计小偏心加载的锈蚀试验柱,等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态,分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重,试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快,最大锈蚀率达到68.32%时,承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析,提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法,通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。