一种盾构隧道管片混凝土收缩预测模型的构建方法技术

本发明专利技术涉及一种盾构隧道管片混凝土收缩预测模型的构建方法，通过试验测量混凝土的实际收缩值对不考虑坍落度修正系数的ACI(1978)模型引入修正系数η1综合考虑粉煤灰、矿渣粉、减缩剂掺量对混凝土收缩终值的影响，通过试验测量混凝土的实际收缩值对CEB

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道管片混凝土收缩预测模型的构建方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程领域的技术，具体涉及一种盾构隧道管片混凝土的收缩预测模型，以恒温恒湿条件下的收缩函数表达式为基础，对实测收缩试验数据进行拟合并对拟合参数赋予实际物理意义，同时考虑环境湿度变化等影响，可以应用于实际高性能混凝土结构工程的收缩预测模型。

技术介绍

[0002]随着隧道工程需求增多，其施工技术获得了长足的发展。目前，大多数城市的隧道施工建设采用盾构法。盾构法是采用钢制盾构组件在地下对土体进行开挖，并安装混凝土管片形成隧道结构的一种施工技术。随着工程实践的爆发式增长和技术的进步，盾构法隧道建设在施工技术、盾构装备以及盾构尺寸等方面发展迅猛；其中盾构尺寸主要体现在盾构机直径增大和盾构管片尺寸增大，并以此为依托出现了越来越多的超大直径盾构隧道。随着超大直径盾构法的发展，施工中对管片精度也提出了更高的要求，目前管片成品宽度精度已经从以前的
±
1.0mm提高到
±
0.5mm，且增加了侧面每延米平整度不大于0.2mm，整面平整度不大于0.5mm的要求。在如此的高精度要求下，混凝土收缩造成的尺寸变化已经成为影响管片尺寸精度的重要因素。
[0003]除了造成管片精度的误差，由于管片直径和体积较大、厚度较厚且是弧面形状,混凝土盾构隧道管片因收缩作用产生表面收缩裂纹。一旦混凝土管片表面出现裂缝，其渗透性将大大增加，进而加剧混凝土的破坏和内部钢筋的锈蚀；而上述破坏情况又将导致裂缝的进一步扩展和更加恶劣的渗透情况，影响结构的耐久性和服役寿命。
[0004]针对以上问题，可建立相关的混凝土收缩模型对其收缩情况进行预测。目前国内外已有的收缩预测模型均是针对于普通混凝土建立的，例如ACI(1978)模型([1]A.M.Neville,W.H.Dilger,J.J.Brooks.Creep of plain and structural Concrete.London and New York:Construction Press,1983.[2]ACI Committee 209,Prediction of Creep,Shrinkage,and Temperature Effects in Concrete Structures(ACI 209R
‑
92),Farmington His,Mich.1992.)、CEB
‑
FIP(1990)模型([3]周履,陈永春.收缩徐变[M].北京:中国铁道出版社,1994.)、Bazant B3模型([4]Zden
ě
k P.Bazant,Sandeep Baweja.Justification and refinements of model B3 for concrete creep and shrinkage 2.Updating and theoretical basis[J].Materials and Structures,1995,28(8).)、GL2000模型([5]N.J.Gardner,M.J.Lockman.Design Provisions for Drying Shrinkage and Creep of Normal
‑
Strength Concrete[J].Materials Journal,2001,98(2).)、王铁梦收缩模型([6]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].第2版.北京:中国建筑工出业版社,2017:27
‑
32.)等，但是随着近些年粉煤灰、矿渣粉、石灰石粉等矿物掺合料的大量掺入，以及减缩剂、膨胀剂等外加剂的使用，很多已有的预测模型不能很好地反应混凝土配合比中这些成分的影响，导致收缩终值偏差较大。

技术实现思路

[0005]针对混凝土在盾构管片中因收缩导致的加工精度降低及耐久性问题，本专利技术提供了一种盾构隧道管片混凝土的收缩预测模型，以恒温恒湿条件下的收缩函数表达式为基础，对实测收缩试验数据进行拟合并对拟合参数赋予实际物理意义，同时考虑环境湿度变化等影响，得到可以应用于实际混凝土结构工程的预测混凝土随时间变化的收缩量大小收缩预测模型。该预测模型对于提高混凝土加工精度、减少混凝土收缩裂缝、提高结构的耐久性具有重要意义。
[0006]为实现以上目的，本专利技术采用了以下技术方案
[0007]盾构管片混凝土的收缩预测模型，包括以下步骤：
[0008]步骤1，通过试验测量混凝土的实际收缩值对不考虑坍落度修正系数的ACI(1978)模型引入修正系数η1综合考虑粉煤灰、矿渣粉、减缩剂掺量对混凝土收缩终值的影响，其中：
[0009]η1＝0.83
·
(
‑
0.006
·
Fa+1)
·
(0.013
·
Sl+1)
·
(
‑
0.11
·
SRA+1)
[0010]式中：Fa、Sl、SRA表示粉煤灰、矿渣粉、减缩剂的掺量，以百分数计。
[0011]ACI(1978)模型的收缩率随坍落度的增加而增大，对于不掺矿物掺合料及减缩剂的混凝土，坍落度的增大反映出用水量的增加，导致收缩增大，但是掺入减缩剂后坍落度明显增大而收缩显著减小，二者无明显相关性，因此对于本模型不宜引入坍落度修正系数。
[0012]上述的ACI(1978)模型，包含如下公式：
[0013]湿养护条件下
[0014][0015]蒸汽养护条件下
[0016][0017]ε
s,∞
＝780β
cp
β
H
β
d
β
s
β
p
β
ce
β
AC
[0018]式中：ε
s,∞
为收缩终值，10
‑6；
[0019]t为干燥时间；
[0020]β
cp
为干燥前养护时间影响系数，养护1d、3d、7d，β
cp
分别为1.2、1.1、1.0；
[0021]β
H
为环境湿度影响系数，相对湿度H为40％～80％时，β
H
＝1.40
‑
0.01H；
[0022]β
d
为构件尺寸影响系数，构件平均厚度d为50、75、100、150时，β
d
分别为1.35、1.25、1.17、1.00；
[0023]β
s
为混凝土组成影响系数，β
s
＝0.89+0.00264SL，SL为新拌混凝土坍落度，mm；
[0024]β
p
为砂率影响系数，β
p
＝0.30+0.014F，F为砂率，％；
[0025]β
ce
为水泥用量影响系数，β<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片混凝土收缩预测模型的构建方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1，通过试验测量混凝土的实际收缩值对不考虑坍落度修正系数的ACI(1978)模型引入修正系数η1综合考虑粉煤灰、矿渣粉、减缩剂掺量对混凝土收缩终值的影响；η1＝0.83
·
(
‑
0.006
·
Fa+1)
·
(0.013
·
Sl+1)
·
(
‑
0.11
·
SRA+1)式中：Fa、Sl、SRA表示粉煤灰、矿渣粉、减缩剂的掺量，以百分数计；步骤2，通过试验测量混凝土的实际收缩值对CEB
‑
FIP(1990)模型的平方根双曲线型时程函数引入修正系数η2综合考虑粉煤灰、矿渣粉、减缩剂掺量对混凝土收缩发展过程的影响；η2＝0.02
·
(0.026
·
Fa+1)
·
(
‑
0.026
·
Sl+1)
·
(0.472
·
SRA+1)步骤3，将两者结合得到掺有粉煤灰、矿渣粉及减缩剂的高性能混凝土的收缩预测模型：式中：ε
cs
(t,t
s
)为收缩值，t
‑
t
s
为干燥龄期，A为截面面积，u为试件与大气接触的周边长度；β
cp
为干燥前养护时间影响系数、β
H
为环境湿度影响系数、β
d
为构件尺寸影响系数、β
p
为砂率影响系数，β
ce
为水泥用量影响系数、β
AC
为含气量影响系数。2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片混凝土收缩预测模型的构建方法，其特征在于，修正系数η1的计算过程如下：步骤1，假设粉煤灰、矿渣粉、减缩剂的掺量对收缩终值ε
s,∞
的影响呈线性关系，并考虑对ACI(1978)模型收缩终值的折减，得到下式：η1＝D
·
(A
·
Fa+1)
·
(B
·
Sl+1)
·
(C
·
SRA+1)式中：A、B、C、D为待拟合的参数；步骤2，将CEB
‑
FIP(1990)模型的平方根双曲线型时程函数转化为收缩终值与极限为1的时程函数的乘积形式：式中：表示收缩终值，a/b为平方根双曲线型时程函数的参数；步骤3，计算表1所示的4组不同配合比的混凝土收缩平方根双曲线复合函数式拟合参数值及可决系数列于表2；表1 混凝土试验配合比
表2 混凝土收缩平方根双曲线复合函数式拟合参数值及可决系数步骤4，计算4组不同配合比的混凝土CEB
‑
FIP(1990)模型计算结果及拟合值a/b列于表3；表3 CEB
‑
FIP(1990)模型计算结果步骤5，用收缩终值的比值拟合修正参数η1，得到A、B、C、D的值分别为
‑
0.006、0.013、
‑
0.11、0.83，因此修正系数η1的计算公式为：η1＝0.83
·
(
‑
0.006
·
Fa+1)
·
(0.013
·
Sl+1)
·
(
‑
0.11
·
SRA+1)。3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道管片混凝土收缩预测模型的构建方法，其特征在于，修正系数η2的计算过程如下：步骤1，假设粉煤灰、矿渣粉、减缩剂的掺量及试件理论厚度的平方(2A/u)2与时程函数参数a/b呈线性关系，得到下式：η2·
(2A/u)2＝D
·
(2A/u)2·
(A
·
Fa+1)
·
(B

【专利技术属性】
技术研发人员：王新定，李冰，王维宇，刘坦，代洪波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：