【博士】既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2008年　　隨服役年限的增加，我國(guó)大量已投入運(yùn)營(yíng)的既有城市盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)面臨不同程度的損傷和老化，面對(duì)由全面建設(shè)階段向維護(hù)階段的過渡，如何保證既有城市盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，如何提高既有隧道結(jié)構(gòu)的適用性和可維護(hù)性，如何有效的延長(zhǎng)既有隧道結(jié)構(gòu)的服役壽命已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。因此，急需對(duì)既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)性能的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，做到早發(fā)現(xiàn)，勤維護(hù)，防患于未然?！　≌撐囊試?guó)家自然科學(xué)基金“地下混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性與使用壽命”(批準(zhǔn)號(hào)50678135／2007)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃“城市地下空間建造技術(shù)研究”(項(xiàng)目編號(hào)2006BAJ27802．02)、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“超大特長(zhǎng)越江盾構(gòu)隧道建設(shè)核心技術(shù)研究"子課題“隧道結(jié)構(gòu)的耐久性、可靠性研究”(項(xiàng)目編號(hào)2006AAllZll8)為依托。首先提出了既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系及其獲取方法，而后分別給出了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的橫向和縱向狀態(tài)的解析表述方式，并以此為基礎(chǔ)提出了基于優(yōu)化反演分析的既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)的識(shí)別方法，同時(shí)對(duì)我國(guó)第一條越江盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的縱向變形特性進(jìn)行了分析，最后提出了考慮毛細(xì)作用、滲透作用、擴(kuò)散作用、蒸發(fā)作用和管片螺栓電化學(xué)腐蝕的隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性退化模型，同時(shí)提出了基于Bayesian條件概率和檢測(cè)數(shù)據(jù)的耐久性模型修正方法，并采用可靠度理論和Markov鏈方法著重對(duì)由碳化和氯離子侵蝕導(dǎo)致退化的既有隧道結(jié)構(gòu)的剩余壽命和服役性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。論文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：　　1、論文討論了既有城市盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)成及相應(yīng)的工作流程。既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的服役性能包括結(jié)構(gòu)的安全性和結(jié)構(gòu)的耐久性兩個(gè)方面，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括整體性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)、安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和耐久性能評(píng)價(jià)指標(biāo)?！　?、提出了結(jié)合初步調(diào)查，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算分析制定了較為合理的從關(guān)鍵斷面到斷面內(nèi)具體檢測(cè)部位的檢測(cè)方案。將隧道結(jié)構(gòu)的檢測(cè)分為常規(guī)檢測(cè)和附加檢測(cè)，在每個(gè)檢測(cè)周期中，整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)完全被檢測(cè)到，包括檢測(cè)方案規(guī)定的全部檢測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)重分析結(jié)果選擇附加測(cè)點(diǎn)。檢測(cè)的頻率可根據(jù)結(jié)構(gòu)失效概率控制?！　?、利用考慮隧道結(jié)構(gòu)抗彎剛度、縱向接頭和土體彈性抗力的解析模型，分別從隧道結(jié)構(gòu)斷面變形觀測(cè)和隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力觀測(cè)出發(fā)，通過優(yōu)化反演分析識(shí)別隧道襯砌混凝土的彈性模量和縱向接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。　　4、給出考慮錯(cuò)縫拼裝的隧道襯砌環(huán)縱橫向相互作用及彈性土體抗力作用的隧道結(jié)構(gòu)縱向性能表述方法，并對(duì)我國(guó)第一條越江隧道結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期縱向變形行為進(jìn)行系統(tǒng)分析?！　?、探討了考慮有害物質(zhì)在混凝土襯砌中遷移的毛細(xì)作用、滲透作用、擴(kuò)散作用、蒸發(fā)作用和管片螺栓電化學(xué)腐蝕的隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐久性退化模型。并基于Bayesian條件概率方法，將隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)獲得的額外信息作為一個(gè)條件約束對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的耐久性理論模型進(jìn)行修正?！　?、按初始階段和擴(kuò)展階段分別給出了既有隧道結(jié)構(gòu)耐久性能的限定狀態(tài)方程，初始階段的碳化作用是以碳化深度達(dá)到混凝土保護(hù)層厚度為限定狀態(tài)，氯離子侵蝕是以保護(hù)層厚度處氯離子濃度達(dá)到引起鋼筋脫鈍的臨界氯離子濃度為限定狀態(tài)，螺栓銹蝕以銹蝕引起的螺栓截面損失達(dá)到螺栓失效的I臨界力學(xué)限定狀態(tài)作為其限定狀態(tài)。擴(kuò)展階段考慮混凝土開裂和鋼筋銹蝕失穩(wěn)前后兩個(gè)過程，分別以混凝土出現(xiàn)宏觀裂縫和鋼筋截面損失達(dá)到臨界值為限定狀態(tài)?！　?、通過引入隨機(jī)Markov鏈模型，結(jié)合定義的隧道結(jié)構(gòu)服役壽命條件狀態(tài)，分別給出了既有隧道結(jié)構(gòu)性能退化過程和隧道結(jié)構(gòu)維護(hù)修復(fù)行為的Markov轉(zhuǎn)移概率矩陣和相應(yīng)的條件狀態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法。　　

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