GFRP筋地下连续墙的施工应用研究

论文摘要

Glass-Fiber-Reinforced Polymer（玻璃纤维增强聚合物,简称GFRP）筋是由多股连续玻璃纤维采用如聚乙烯树脂、环氧树脂等胶合后,经过特制的模具拉挤成型的。基于GFRP筋的特点,在地下连续墙中盾构穿越区域采用GFRP筋代替钢筋用具有技术和经济上的可行性。这种方法使盾构机进出洞时可以直接切削地下连续墙掘进,简化施工工艺,加快施工进度,减少施工风险,节约投资。然而,目前国内外对于GFRP筋的研究大多集中在永久结构的GFRP筋混凝土构件的工作性能方面,而对GFRP筋地下连续墙的研究,尤其是施工应用研究还相当有限和初步,甚至可以说几乎是一个空白;同时,由于国内外所完成的工程实例相当少,缺乏工程实践积累,还难以提出完整系统的施工方法和工艺。为此,本文以实际工程为背景,采用理论分析、结构试验和现场实测相互结合的方法,在施工应用方面展开了GFRP筋地下连续墙的研究。开发了GFRP筋笼（钢筋笼）的工具式吊装桁架,并进行了预备性试吊的研究,在有限元计算和实测结果的基础上进行了分析。将工具式吊装桁架与传统钢筋加固桁架进行了受力-变形、施工方法以及经济效益方面的比较,证明了工具式吊装桁架在技术和经济上均存在着显著的优势,具有很高的实际应用价值。在预备性试吊的基础上对吊装桁架和吊装过程进行了改进和优化。对利用工具式吊装桁架吊装GFRP筋笼的过程进行了研究,对整个吊装过程进行了有限元建模分析和现场实测,并将有限元分析结果与现场实测数据进行了比较,通过比较得到了一些有价值的结论。对GFRP筋的连接、吊索长度和吊点位置、吊机之间的配合等几个工艺问题进行了探讨。进行了GFRP筋混凝土板和钢筋混凝土板的试验室抗弯试验,对不同配筋率GFRP筋混凝土板进行了有限元模拟试验,描述了试件的受力-变形过程和破坏形态,对两种混凝土板的开裂荷载和极限荷载、挠度以及混凝土的应变进行了对比和分析。同时,探讨了配筋率对GFRP筋混凝土板刚度的影响,给出了GFRP筋混凝土板开裂后抗弯刚度的计算公式。对GFRP筋地下连续墙在开挖及地下结构施工过程中的工作性能进行了有限元建模计算和结果分析,并将有限元计算结果与现场监测数据进行了对比分析,在此基础上进行了影响因素分析,并提出了设计和施工建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 课题的形成
• 1.2 国内外研究和应用现状
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 国内外应用现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.3.1 研究目的和方法
• 1.3.2 主要工作
• 第2章 课题的工程背景
• 2.1 项目概况
• 2.1.1 总体概况
• 2.1.2 结构概况
• 2.1.3 工程地质概况
• 2.2 基坑支护设计方案
• 2.2.1 支护墙体
• 2.2.2 支撑体系
• 2.2.3 土体加固
• 2.3 施工方案
• 2.3.1 基坑开挖、主体结构施工及盾构进洞流程
• 2.3.2 地下连续墙施工方案
• 2.3.3 土方开挖和支撑施工方案
• 2.4 施工技术难点分析及课题研究方向
• 2.4.1 GFRP筋笼的安全吊装
• 2.4.2 GPRP筋地下连续墙的工作性能
• 第3章 工具式吊装桁架的开发与预备性试吊研究
• 3.1 工具式吊装桁架的开发
• 3.1.1 开发的设想和方向
• 3.1.2 开发的思路和程序
• 3.1.3 吊装桁架的形式和构造
• 3.2 用工具式吊装桁架吊装钢筋笼的预备性试吊
• 3.2.1 预备性试吊的目的和试吊方案
• 3.2.2 预备性试吊的有限元分析
• 3.2.3 预备性试吊的现场实测
• 3.2.4 有限元分析结果与现场实测数据的比较
• 3.3 工具式吊装桁架与传统加固析架的技术与经济比较
• 3.3.1 受力-变形比较
• 3.3.2 施工方法比较
• 3.3.3 经济比较
• 3.4 吊装桁架及吊装过程的改进和优化
• 3.4.1 桁架节点的改进
• 3.4.2 吊点数量的优化
• 3.4.3 实测方法的优化
• 3.5 小结
• 第4章 GFRP筋笼的吊装过程研究
• 4.1 研究对象和吊装方案的确定
• 4.1.1 墙幅的选择
• 4.1.2 笼体配筋情况
• 4.1.3 吊装方案
• 4.2 吊装过程的有限元分析
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 分析工况的选择
• 4.2.3 吊装姿态方程的推导
• 4.2.4 分析结果
• 4.3 吊装过程的现场实测
• 4.3.1 实测目的和项目
• 4.3.2 实测方法
• 4.3.3 实测成果
• 4.4 有限元分析结果与现场实测数据的比较
• 4.4.1 笼体变形的比较
• 4.4.2 GFRP筋（钢筋）应变的比较
• 4.4.3 桁架应变的比较
• 4.5 几个工艺问题的探讨
• 4.5.1 关于GFRP筋的连接
• 4.5.2 关于吊索长度和吊点位置
• 4.5.3 关于两吊机的配合
• 4.6 小结
• 第5章 GFRP筋混凝土板的试验研究
• 5.1 试验目的和试验内容
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验内容
• 5.2 试验设计
• 5.2.1 试件原材料和尺寸
• 5.2.2 试件制作
• 5.2.3 量测装置的布置
• 5.2.4 加载装置
• 5.2.5 加载方式
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 试件的受力-变形过程和破坏形态
• 5.3.2 开裂荷载和极限荷载分析
• 5.3.3 挠度分析
• 5.3.4 混凝土应变分析
• 5.4 配筋率对 GFRP筋混凝土板刚度的影响分析
• 5.4.1 分析方法和思路
• 5.4.2 模拟的实现
• 5.4.3 模拟结果的试验验证
• 5.4.4 配筋率对GFRP筋混凝土板刚度的影响
• 5.4.5 抗弯刚度的计算
• 5.5 小结
• 第6章 GFRP筋地下连续墙在开挖及地下结构施工过程中的性能研究
• 6.1 施工全过程的有限元分析
• 6.1.1 工作井结构布置
• 6.1.2 施工工况
• 6.1.3 模型的建立
• 6.1.4 计算结果及分析
• 6.2 有限元分析结果与监测数据的比较
• 6.2.1 工程监测项目及测点布置
• 6.2.2 支护墙体侧向位移的比较
• 6.2.3 支撑轴力的比较
• 6.3 影响因素分析及设计施工建议
• 6.3.1 土体加固分析建议
• 6.3.2 支撑设计分析建议
• 6.3.3 GFRP筋地下连续墙的设计方法建议
• 6.4 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本文成果及结论
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果