• ISSN 0258-2724
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隧道衬砌混凝土的热力耦合室内试验研究

王薇,姚雪丹,高贵强

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王薇, 姚雪丹, 高贵强. 隧道衬砌混凝土的热力耦合室内试验研究[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2023, 58(5): 993-1000. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210813
引用本文: 王薇, 姚雪丹, 高贵强. 隧道衬砌混凝土的热力耦合室内试验研究[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2023, 58(5): 993-1000.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210813
WANG Wei, YAO Xuedan, GAO Guiqiang. Laboratory Thermo-Mechanical Coupling Test of Tunnel Lining Concrete[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(5): 993-1000. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210813
Citation: WANG Wei, YAO Xuedan, GAO Guiqiang. Laboratory Thermo-Mechanical Coupling Test of Tunnel Lining Concrete[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(5): 993-1000.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210813

隧道衬砌混凝土的热力耦合室内试验研究

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210813
基金项目:国家自然科学基金(51676210);湖南省自然科学基金(2018JJ2519)
详细信息
    作者简介:

    王薇(1969—),女,副教授,研究方向为隧道与地下工程,E-mail:wangweicsu@csu.edu.cn

  • 中图分类号:U454

Laboratory Thermo-Mechanical Coupling Test of Tunnel Lining Concrete

  • 摘要:

    为研究受火时间和粗骨料含量与隧道衬砌混凝土宏观损伤的关系,根据隧道衬砌实际受火特点,自主改良设计一套衬砌混凝土热力耦合试验装置,研究粗骨料含量为20%、30%和40%的混凝土试块在载荷比恒为28%且不同受火时间下的损伤规律. 研究结果表明:无火灾发生时,衬砌混凝土受较小荷载作用下,表面无劣化现象,质量无明显变化,残余抗压强度增加;热力耦合作用下,随着火灾时间增加,受火0.5 h后,试块表面有少许微裂纹形成,1.0 h后表面出现较宽的裂缝,细小裂缝分布较多且部分裂缝相互交叉,受火达到2.0 h,试块底面损伤严重,可以看出火灾的发展时间和程度对衬砌结构的损伤至关重要;随着混凝土粗骨料含量的降低,混凝土内部温度传导速度减慢,相同位置处的温度值变小,其表观损伤显著增加,20%粗骨料含量下质量损失率可达8.14%,而40%粗骨料含量混凝土质量损失率仅为4.10%,强度相同时,高含量粗骨料混凝土的抗火性能更优.

  • 图 1热力耦合试验装置

    Figure 1.Thermo-mechanical coupling test device

    图 2电偶布置立面

    Figure 2.Elevation of electric dipole arrangement

    图 3温度、粗骨料含量与受火面距离关系响应

    Figure 3.Response relationship among temperature, coarse aggregate content, and distance of fire exposure surface

    图 4温度、受火时间与受火面距离关系响应图

    Figure 4.Response relationship among temperature, fire exposure time, and distance of fire exposure surface

    图 5不同粗骨料含量混凝土受火底面

    Figure 5.Bottom view of concrete with different coarse aggregate contents under fire

    图 6不同粗骨料含量受火侧面

    Figure 6.Side view of different coarse aggregate contents under fire

    图 7不同受火时间下混凝土受火底面

    Figure 7.Bottom view of concrete under different fire exposure time

    图 8不同受火时间下混凝土受火侧面

    Figure 8.Side view of concrete under different fire exposure time

    图 9混凝土破坏特征

    Figure 9.Concrete damage characteristic

    表 1混凝土试块配合比

    Table 1.Mix ratio of concrete test blocks kg/m 3

    粗骨料
    含量%
    水胶比 水泥 粉煤灰 矿粉 大碎石 小碎石 河砂 减水剂
    40 0.35 147 189 105 126 733 314 775 4.20
    30 0.35 228 292 163 195 563 242 606 0.40
    20 0.35 318 408 227 272 375 161 404 0.16
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    表 2试验工况

    Table 2.Test conditions

    试验类型 受火时间/h 有无比 粗骨料/% 试件编号 试件总数/个
    静载试验 0 40 WS1-WS3、WS1'- WS3' 18 (WS1'−WS9'试块用于热力
    耦合试验前确定强度)
    30 WS4-WS6、WS4'-WS6'
    20 WS7-WS9、WS7'-WS9'
    受火试验 0.5 40 WA1 5
    1.0 40 WA2
    2.0 40 WA3
    1.0 30 WB
    1.0 20 WC
    静载试验 0 40 WA 6
    0.5 40 WA1
    1.0 40 WA2
    2.0 40 WA3
    1.0 30 WB
    1.0 20 WC
    注:1. 除用于强度标定的试块为一组外,其余试块均制作相同的2组,一组用于扫描,一组用于温度测量,编号 按WAT等形式进行,因此,试块总数为30个;2. 荷载比即为试验时所加荷载与试验前极限抗压强度之比.
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    表 3相对质量变化

    Table 3.Relative mass change

    试块编号 m1/g m2/g Δm/g α/%
    WA 2 443 2 433 10 0.41
    WA1 2 450 2 373 77 3.14
    WA2 2 440 2 340 100 4.10
    WA3 2 448 2 333 115 4.70
    WB 2 380 2 251 129 5.42
    WC 2 229 2 111 118 8.14
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    表 428 d混凝土抗压强度值

    Table 4.Concrete compressive strength value after 28 d

    粗骨料含量/% 抗压强度/MPa
    20 57.16
    30 58.01
    40 61.72
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    表 5不同龄期混凝土强度值

    Table 5.Concrete strength values of different ages

    粗骨料含量/
    %
    28 d 强度/
    MPa
    90 d 强度/
    MPa
    强度变化率/
    %
    40 61.72 66.3 7.4
    30 58.01 68.9 18.8
    20 57.16 71.7 25.4
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    表 6不同粗骨料含量下的抗压强度损失率

    Table 6.Compressive strength loss rate under different coarse aggregate contents

    粗骨料含量/% σ0/MPa σs/MPa f/%
    40 66.3 60.41 8.88
    30 68.9 63.10 8.42
    40 71.7 62.36 13.03
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    表 7不同受火时间下的抗压强度损失率

    Table 7.Compressive strength loss rate under different fire exposure time

    受火时间/h σ0/MPa σs/MPa f/%
    0 66.3 70.50 −6.33
    0.5 66.3 65.80 0.75
    1.0 66.3 60.41 8.88
    2.0 66.3 55.50 16.30
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出版历程
  • 收稿日期:2021-10-18
  • 修回日期:2021-12-24
  • 网络出版日期:2023-04-14
  • 刊出日期:2021-12-30

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