钢纤维混凝土隧道衬砌破坏模式及承载能力研究

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发布时间：2021-09-13

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钢纤维混凝土隧道衬砌破坏模式及承载能力研究
王志杰
(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)
摘要：分析归纳了钢纤维混凝土的基本特性，对素混凝土、钢筋混凝土以及钢纤维混凝土衬砌的变形特性进行了比较分
析；通过模型试验，研究了钢纤维的阻裂作用，提出了考虑拉力软化关系的钢纤维混凝土衬砌结构的破坏模式和承载能力
分析方法。其研究成果可供钢纤维混凝土衬砌设计参考和利用。
关键词：钢纤维混凝土；隧道衬砌；拉力软化；破坏模式；承载能力
中图分类号：TU528．572 文献标识码：A 文章编号：1672—7029(2007)06一OO4O一04
Bearing capacity and collapse behavior of steel fiber reinforced concrete tunnel lining
WANG Zhi—jie
(School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)
Abstract：The comparison between the deformation property of plain concrete and steel reinforced concrete as well as
steel fiber reinforced concrete tunnel lining Was studied．Restricting crack open function of steel fiber after crack Occurs
Was considered．Th e model tests of ring—shaped structure were conducted．The results prove that steel fiber concrete
is more fit for the tunnel lining than the plain concrete．Modeling of collapse and analytical method of bearing capacity
Was put forward taking account of tension—softening relationship of SFRC．The results are helpful for the design of
stel fiber reinforced concrete lining．
Key words：steel fibe r reinforced concrete；tunnel lining；tension softening；collapse behavior；bearing capacity
混凝土作为隧道衬砌材料有许多优点，但是其
抗拉强度低、抗弯强度小、韧性差的缺点非常显著；
对于钢筋混凝土，尽管在设计中一般不考虑混凝土
的抗拉强度，而以钢筋承受拉应力，但混凝土的脆
性及低抗拉力等弱点仍会影响整体结构的韧性，也
会因为裂缝的产生造成内部钢筋加速腐蚀及混凝
土的劣化等问题。为了克服和改善混凝土及其钢
筋混凝土的这些缺点，根据前人利用细纤维来改善
材料力学性能的理念，在混凝土中加入钢纤维，通
过长期的摸索和实践，目前已获得满意的效果。钢
纤维混凝土(Stel Fiber Reinforced Concrete，简称
SVRC)是一种新型复合材料，它是将不连续的短的
钢纤维均匀散布在混凝土中，由于钢纤维的等向性
及高强度，改善和提高了混凝土的抗拉、抗龟裂、抗
破碎能力和韧性等多项性能，同时钢纤维的存在对
混凝土张力裂缝的发展能起到阻碍作用，改变了混
凝土的破坏模式。
1970年挪威地下工程专家最先用“喷射SFRC
加锚杆”来代替“钢丝网加喷混凝土”用于隧道工
程，取得了较好的效果。由于它有许多优点，在最
近二十年中已得到广泛应用。目前，日本、欧洲一
些国家已将其作为隧道的永久衬砌。随着新奥法
在隧道及地下工程中的推广和使用，钢纤维混凝土
作为隧道的一种新的支护方法，人们对其现场试验
测试和施工工艺进行了研究，但对其作用机理缺乏
深入了解，特别是关于钢纤维混凝土隧道衬砌的破