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Investigation of cracking mechanism of the first tunnel lining during double-arch tunnel construction

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Underground Space 2024年第1期14卷 1-17页

作者： Yi Sui Xiaohui Cheng zuozhou zhao Weibin Ma Railway Engineering Research Institute China Academy of Railway Sciences Corporation LimitedBeijing 100081China School of Civil Engineering Tsinghua UniversityBeijing 100084China

To solve the engineering problem of the first tunnel lining cracking caused by the second tunnel construction of double-arch highway tunnels,a research method combining distributed optical-fibre monitoring,inversion analysis and numerical simulation that can reflect lining cracking was *** fibres were laid on opposite sides of the steel arches inside the first tunnel *** optical-fibre monitoring was conducted continuously during the second tunnel *** on the fibre-optic strain profile,the lining cracking was deduced and warned in *** mechanical behaviour of the steel arch was investigated by the inversion analysis,which took into consideration the integrated impact of axial force and flexural moment.A two-dimensional(2D)load-structure method–based numerical model was established,considering the influence of different load distributions in each construction *** total strain rotating crack constitutive model was applied to reflect the cracking behaviour of concrete lining in the simulation,and the model was calibrated and verified in the *** analysis between the simulated strain distribution and the distributed optical-fibre monitoring results was carried *** deformation mode and crack distribution of the lining were *** cracking mechanism was ***,the second tunnel construction led to the loading at the top of the middle partition wall and the release of rock pressure in the first *** these load changes,the secondary lining of the first tunnel cracked on the inner side of the top of the middle partition wall owing to tension,and compression-bending failure occurred near the right arch ***,the influence of the parameters on the lining force was analysed,and a construction optimisation scheme was proposed.

关键词： Double-arch tunnel Cracking mechanism Distributed optical-fibre sensing Inversion analysis Total strain rotating crack model Loadstructure method

Experimental seismic behavior of squat shear walls with precast concrete hollow moulds

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Earthquake Engineering and Engineering Vibration 2019年第4期18卷 871-886页

作者： Han Wenlong zhao zuozhou Qian Jiaru Zhang Yingbao Ma Tao Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of China Education Ministry Tsinghua University Beijing 100084 China China Institute of Building Standard Design & Research Beijing 100048 China Beijing Everest Green Building Technology Ltd. Beijing 102209 China Beijing Institute of Architectural Design Beijing 100045 China

This study proposes an innovative precast shear wall system, called an EVE precast hollow shear wall structure (EVE-PHSW). Precast panels in EVE-PHSW are simultaneously precast with vertical and horizontal holes. Noncontact lap splices of rebars are used in vertical joints connecting adjacent precast panels for automated prefabrication and easy in situ erection. The seismic behavior of EVE walls was examined through a series of tests on six wall specimens with aspect ratios of 1.0~1.3. Test results showed that EVE wall specimens with inside cast-in situ concrete achieved the desired “strong bending and weak shear” and failed in shear mode. Common main diagonal cracks and brittle shear failure in squat cast-in situ walls were prevented. Inside cast-in situ concrete could signifi cantly improve the shear strength and stiff ness of EVE walls. The details of boundary elements (cast-in situ or prefabricated) and vertical joints (contiguous or spaced) had little eff ect on the global behavior of EVE walls. Noncontact lap splices in vertical joints could enable EVE walls to exhibit stable load-carrying capacity through extensive deformations. Evaluation on design codes revealed that both JGJ 3-2010 and ACI 318-14 provide conservative estimation of shear strength of EVE walls, and EVE walls achieved shear strength reserves comparative to cast-in situ walls. The recommended eff ective stiff ness for cast-in situ walls in ASCE 41-17 appeared to be appropriate for EVE walls.

关键词： precast concrete hollow mould low-aspect-ratio noncontact lap splice prefabricated boundary element vertical and horizontal joints seismic behavior

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震损加固后RC柱抗震性能影响因素分析

地震工程与工程振动 2022年第1期42卷 188-199页

作者：李硕赵作周清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

整理了国内外相关规范与相关研究中对RC柱抗震性态划分方法与指标限值,发现均是针对未震损未加固的RC柱。以相关试验得到的未预损未加固、未预损直接加固、预损后再加固的RC柱骨架曲线为对象,直接套用现有针对未震损未加固RC柱的性态划... 详细信息

整理了国内外相关规范与相关研究中对RC柱抗震性态划分方法与指标限值,发现均是针对未震损未加固的RC柱。以相关试验得到的未预损未加固、未预损直接加固、预损后再加固的RC柱骨架曲线为对象,直接套用现有针对未震损未加固RC柱的性态划分方法与指标限值进行划分,得到对应各抗震性态分隔点处的位移角限值,发现3类RC柱在相同位移角下对应的性态不一致且差距较大,说明不能直接套用既有针对未震损未加固RC柱的抗震性态划分方法与指标限值。对50组不同预损情况与加固方式的RC柱骨架曲线进行对比,发现预损程度、加固方式和RC柱设计参数等因素对震损加固后RC柱抗震性能的影响较大,因此,震损加固后RC柱的抗震性态划分方法和指标限值需要进一步考虑这些因素影响。

关键词：震损后加固RC柱抗震性能性态划分方法指标限值

高烈度地区框架-核心筒结构中美抗震设计方法对比

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建筑结构学报 2015年第2期36卷 1-9页

作者：胡妤赵作周钱稼茹清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

按照中美相关抗震设计规范分别对位于中国8度抗震设防区和美国典型高烈度区域(旧金山地区)的两栋层高与结构相似的钢筋混凝土框架-核心筒高层建筑结构进行了设计。介绍了抗震设计过程中根据中美相关抗震规范确定的地震作用参数与材料强... 详细信息

按照中美相关抗震设计规范分别对位于中国8度抗震设防区和美国典型高烈度区域(旧金山地区)的两栋层高与结构相似的钢筋混凝土框架-核心筒高层建筑结构进行了设计。介绍了抗震设计过程中根据中美相关抗震规范确定的地震作用参数与材料强度,比较了两国混凝土结构尤其是剪力墙结构抗震构造措施的异同。建立了两结构的空间弹性分析模型,采用振型分解反应谱法计算了两结构的弹性地震响应,比较了两结构自振周期、基底剪力、层剪力、结构层间变形、构件尺寸、配筋以及连梁受剪承载力等。计算结果表明:按照两国设计规范分别设计的结构,其设计地震作用水平相当;根据美国规范设计的结构连梁受剪承载力与中国规范设计方案相比偏低,约为中国规范设计方案的0.63~0.95倍;中美两国规范设计的剪力墙约束边缘构件的范围与配筋差异较大,中国规范设计方案剪力墙约束边缘构件内纵筋和箍筋集中在端部固定范围内,美国规范设计的箍筋约束范围大,对应端部固定范围的配筋比中国规范配筋量小。

关键词：框架-核心筒结构剪力墙抗震设计地震作用中美抗震设计比较

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欠人工质量缩尺振动台试验结构模型设计方法

建筑结构学报 2010年第7期31卷 78-85页

作者：赵作周管桦钱稼茹清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 中国电子工程设计院北京100840

振动台试验是研究结构抗震性能的重要方法。以单跨六层钢筋混凝土框架结构为例,对满足一致相似律的不同配重模型分别按构件等面积配筋率和按构件承载力相似原则进行配筋设计的缩尺模型与原型,采用有限元软件SAP2000和***分别进行了Pusho... 详细信息

振动台试验是研究结构抗震性能的重要方法。以单跨六层钢筋混凝土框架结构为例,对满足一致相似律的不同配重模型分别按构件等面积配筋率和按构件承载力相似原则进行配筋设计的缩尺模型与原型,采用有限元软件SAP2000和***分别进行了Pushover分析和弹塑性时程分析。分析结果表明:模型钢筋与原型钢筋性能相同(不完全满足相似关系)而模型混凝土性能满足相似关系要求时,按构件等面积配筋率配筋的缩尺模型不能正确反映原型的地震响应,高估原型的抗震能力;按构件承载力相似原则进行配筋设计能够较好地解决这一问题;当构件配筋率较高时,配重不足因素的影响小。针对按构件承载力相似原则配筋设计的方法,提出按模型钢筋弹性模量比修正杆件面积配筋率的改进建议。

关键词：钢筋混凝土框架结构欠人工质量振动台试验相似关系缩尺设计方法

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钢筋混凝土梁-墙平面外连接节点试验

建筑结构学报 2005年第4期26卷 19-26页

作者：杨华钱稼茹赵作周清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

为了研究钢筋混凝土梁-墙平面外连接节点的受力性能,完成了6个“强梁弱墙”型节点试件在梁端往复竖向荷载作用下的试验。试验结果表明,达到最大承载力时,梁截面比较宽的试件,墙正面的部分受拉纵向钢筋屈服,墙背面的纵向钢筋未屈服;破坏... 详细信息

为了研究钢筋混凝土梁-墙平面外连接节点的受力性能,完成了6个“强梁弱墙”型节点试件在梁端往复竖向荷载作用下的试验。试验结果表明,达到最大承载力时,梁截面比较宽的试件,墙正面的部分受拉纵向钢筋屈服,墙背面的纵向钢筋未屈服;破坏主要发生在楼板与墙连接部位以及剪力墙的正面,楼板和梁下方墙的破坏比楼板上方墙的破坏严重;墙正面的混凝土脱落、部分竖向钢筋压屈;墙背面有裂缝但不严重,裂缝主要分布在梁的周围;连接节点有比较大的变形能力;梁截面的宽和高以及楼板对承载力和耗能能力都有影响。对试件进行了非线性有限元分析,得到应力分布与试件的试验破坏现象一致。

关键词：钢筋混凝土梁-墙平面外连接强梁弱墙

中美规范关于地震波的选择与框架-核心筒结构弹塑性时程分析

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建筑结构学报 2015年第2期36卷 10-18页

作者：赵作周胡妤钱稼茹清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 中国航空规划建设发展有限公司北京100120

简述了中美两国抗震设计规范中有关地震波选择的相关条文,列举了工程实践中常用的选波方法,并对选出的地震波反应谱特性进行了比较。中美两国规范中建议的选波方法均要求选择能与规范的设计反应谱相一致的地震波,不同之处为中国规范是... 详细信息

简述了中美两国抗震设计规范中有关地震波选择的相关条文,列举了工程实践中常用的选波方法,并对选出的地震波反应谱特性进行了比较。中美两国规范中建议的选波方法均要求选择能与规范的设计反应谱相一致的地震波,不同之处为中国规范是将地震波峰值加速度调幅至规范规定值,而美国规范是将某一周期范围内地震波反应谱调幅至与设计反应谱接近,调幅后的地震波峰值加速度无明显规律。按照中美两国抗震设计规范分别设计了两栋相似框架-核心筒结构,建立了两结构的弹塑性分析模型。根据中国规范建议方法选择出7组地震波,进行弹塑性时程分析。分析结果表明:在相应于中国8度罕遇地震的多组地震波作用下,中美两国规范设计方案在地震作用初期地震响应基本一致,在后期由于结构配筋形式与配筋数量等差异,结构损伤程度不同;按中国规范设计方案的最大层间位移角为按美国规范设计方案的1.03~1.17倍,连梁最大塑性变形为按美国规范设计方案的0.67~0.98倍,剪力墙应变沿层高的分布接近,美国规范设计结构纵筋的屈服应变是中国规范设计方案的1.2倍,按中国规范设计方案的剪力墙损伤程度重于按美国规范设计的剪力墙。

关键词：中美规范地震波选择弹塑性时程分析框架-核心筒结构抗震性能

高效装配式钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 189-199页

作者：赵子琪赵作周刘巍刘娟清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

针对装配式剪力墙边缘构件竖向连接钢筋数量较多、直径较小,造成套筒多、钢筋对中困难且现场灌浆困难,人工加工绑扎箍筋耗工费时且难以自动化作业生产等问题,提出了剪力墙边缘构件采用大直径钢筋和大直径套筒连接、箍筋采用连续螺旋方... 详细信息

针对装配式剪力墙边缘构件竖向连接钢筋数量较多、直径较小,造成套筒多、钢筋对中困难且现场灌浆困难,人工加工绑扎箍筋耗工费时且难以自动化作业生产等问题,提出了剪力墙边缘构件采用大直径钢筋和大直径套筒连接、箍筋采用连续螺旋方箍构造的高效装配式剪力墙构造形式,完成了3个设计轴压比为0.2、1个设计轴压比为0.6和2个设计轴压比为0.4的足尺装配式剪力墙试件的拟静力加载试验,研究不同轴压比、边缘构件纵筋连接形式与箍筋构造形式下剪力墙的抗震性能。结果表明:6个剪力墙均实现了预期的弯曲破坏模式;剪力墙受弯承载力实测值为计算值的1.03~1.15倍,具有一定的安全冗余度;剪力墙极限位移角为1/77~1/42,大于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中要求的罕遇地震作用下剪力墙结构弹塑性层间位移角的限值1/120,表现出良好的变形能力。提出的装配式剪力墙构造连接方案合理可靠,在保证剪力墙的承载能力和抗震性能的前提下,建造成本较传统连接方案的降低了8%~18%。

关键词：装配式剪力墙灌浆套筒螺旋箍拟静力试验抗震性能

基于总应变裂缝本构模型的混凝土构件开裂破坏全过程研究

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建筑结构学报 2023年第7期44卷 216-224页

作者：随意程晓辉赵作周清华大学土木工程系北京100084 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

总应变裂缝模型作为国际结构混凝土协会混凝土模式规范中推荐的混凝土本构关系,可以较准确地模拟混凝土开裂破坏全过程中的力学行为及裂缝分布。基于该模型分析了约束效应和横向开裂效应对混凝土受力性能的影响。为对该模型进行验证校核... 详细信息

总应变裂缝模型作为国际结构混凝土协会混凝土模式规范中推荐的混凝土本构关系,可以较准确地模拟混凝土开裂破坏全过程中的力学行为及裂缝分布。基于该模型分析了约束效应和横向开裂效应对混凝土受力性能的影响。为对该模型进行验证校核,进行了两根大尺寸钢筋混凝土梁的三点与四点加载试验。针对该试验及已有研究中箍筋约束混凝土柱的受压试验,进行了基于总应变旋转裂缝模型的有限元模拟。模拟所得荷载-位移、荷载-应变曲线以及开裂模式与试验结果的误差基本在15%以内。在此基础上,预测了箍筋约束混凝土轴压及大偏心受压下的承载力,所得结果与经验回归模型所得压弯破坏包络线相一致。

关键词：箍筋约束混凝土总应变裂缝本构模型开裂模式受力性能