Numerične preiskave modelov RC, SFRC in hibridnih segmentnih oblog
Da bi preučili učinkovitost betonskih oblog v merilu predora in jih primerjali z običajnimi armiranobetonskimi oblogami, so bile strukture različnih armiranih predorskih oblog analizirane ločeno z uporabo podrobnih 2D modelov, vključno s plastmi injekcijske mase in posameznimi segmenti obloge predora. odgovor. V ta namen je bil definiran referenčni projekt predora (globina pokrova 20 m, peščena podlaga, koeficient bočnega zemeljskega tlaka 0.5), v katerem je bila obtežba na oblogo določena s procesno usmerjena simulacija tunela (glej podrobnosti v razdelku 6.4.1) (v stabilnem stanju). Analiza se je osredotočila na vzdržljivost, kvantificirano z največjo razpoko, ki presega dovoljeno širino 0,2 mm. Segmenti obloge iz armiranega betona z minimalno ojačitvijo (dodatnih 10-10 C jeklenih palic na območjih z visokimi obremenitvami), segmenti obloge iz armiranega betona z jeklenimi vlakni s 60 kg/m3 60 mm običajnih trdnih kaveljskih vlaken, Analizirani so bili segmenti obloge (125 mm trakovi iz jeklenih vlaken betona in 200 mm dolgi zgornji pokrovi iz jeklenih vlaken betona). Skupna masa jekla segmentov oblog SFRC in RC je podobna (približno 260 kg/segment), medtem ko hibridni segment oblog porabi 65 % manj jekla (92 kg/segment). Simulacija je bila izvedena z uporabo betona razreda C40/50- z načrtovano natezno trdnostjo 2,5 N/mm2. Za modele, ki vsebujejo SFRC, se predpostavlja, da imajo vlakna izotropno usmerjenost. V literaturi je mogoče najti primerjave različnih varnostnih konceptov v vlaknih in konvencionalnih ojačenih segmentih ter nelinearno analizo končnih elementov.
Pri tipičnih obremenitvah se v navadnih betonskih segmentnih oblogah ne pojavijo velike razpoke. Vendar pa obstajata dva možna načina porušitve: v obočnem delu je bila opažena minimalna normalna sila (1375 kN/m) in največji upogibni moment (329 kNm/m), kar lahko vodi do upogibnih razpok. Največja natezna napetost se pojavi blizu 78 stopinj na vzdolžnem spoju zaradi normalne sile 1943 kN/m in upogibnega momenta 217 kNm/m. To lahko povzroči zlom segmentiranih vogalov. Na podlagi teh opazovanj sta bila za načrtovanje ustvarjena dva primera obremenitve. Pri zasnovi oboka, ki je podvržen upogibanju, se obremenitve spremenijo tako, da se nastali upogibni moment poveča za 1,5-krat, normalna sila pa zmanjša za 0,5-krat. Za konstrukcije okoli vzdolžnih spojev, kjer je verjetno, da pride do zmečkanja, povečajte normalno silo in upogibni moment za faktor 1,5, da povečate prenos napetosti in ohranite rotacijo spoja.
Primer obremenitve: upogibanje
Odziv vseh zasnov oblog ali shem ojačitve na pogoje upogibne obremenitve. Prikazan je le upogibni odziv segmenta oboka, saj je to območje, kjer so opažene največje razpoke. Poleg tega je prikazana samo širina razpoke. Obložni sistem ni bil poškodovan in je še naprej deloval kot nosilna konstrukcija. Zato je edini dejavnik, ki omejuje izbiro katerega koli od teh primerov, predvidena širina razpoke, ki ne more preseči specifičnih projektnih zahtev za mejno stanje vzdržljivosti (približno 0,2 mm).
Kot je bilo pričakovano, je obroč obloge iz navadnega betona (PC) pokazal največje upogibne razpoke, pri čemer so se glavne razpoke pojavile na notranjem robu vrha obloge predora, kjer je predviden največji upogibni moment. Treba je omeniti, da shema PC kaže obnašanje z več razpokami (zaradi kompresijskih normalnih sil) namesto ene same globalne razpoke, ki vodi do okvare segmenta. Armiranobetonski segmenti so pokazali podoben odziv kot armiranobetonski segmenti, glavna razlika pa je bila bolj pravilen vzorec razpok. Namesto predvidevanja velikosti razpok, ki bolj ali manj ustrezajo upogibnemu momentu, uporabljenemu na določeni točki, kot v segmentih PC, so velikosti razpok, opažene v segmentih R, bolj ali manj podobne, kar kaže, da se bodo jeklene palice učinkovito premikale vzdolž odziva na razpoke omejitve za dolžino palice. Predvidena največja širina razpoke v armiranobetonskem odseku je 0,158 mm, kar je znotraj dopustnega območja manj kot 0,2 mm, določenega v meji uporabnosti. Na srečo so bili segmenti SFRC najbolj učinkoviti pri zmanjševanju širine razpoke. Obe možnosti ojačitve povzročata razpoke, ki so znatno pod mejo uporabe, zato sta učinkoviti izvedbi ojačitve. Pri shemi hibridne ojačitve je zmogljivost upogibanja celotnega prereza SFRC nekoliko boljša (0.112 mm v primerjavi s 0.142 mm). To ustreza povečanju širine razpoke za približno 25 %, medtem ko je skupno zmanjšanje SFRC 75 %.
Primer obremenitve: Ločenje na vzdolžnih spojih
Na sliki 5.28 je prikazan odziv vseh zasnov obloge ali sheme ojačitve pri razcepni obremenitvi. Največja razpoka se je pojavila na vzdolžnem spoju 78 stopinj od vrha tunela, merjeno v smeri urinega kazalca od vrha obroča. Na splošno so predvideni trendi največje širine razpoke podobni tistim za upogibno različico. Vendar se je v primeru lomljenja izkazalo, da je SFRC bolj učinkovit pri zmanjševanju širine razpoke.
Pomembno je omeniti, da najmanjša odpornost jekla proti razpokam, ki je predvidena pri načrtovanju armiranega betona, ne zadošča za preprečitev nastanka razpok, ki presegajo tolerance. To pomeni, da je SFRC bolj primeren kot RC za odpornost proti razpokam. Učinkovitost hibridnih armaturnih shem je mogoče povečati z uporabo večjih dolžin armiranobetonskih kapic, kjer delujejo bolje kot običajne armiranobetonske konstrukcije in pod običajnimi mejami uporabe. Razpoke se začnejo zunaj plasti jeklenih vlaken, pokrov plasti jeklenih vlaken pa lahko le omeji nadaljnji razvoj razpoke. Za oceno optimalne dolžine pokrova SFRC je mogoče uporabiti optimizacijski algoritem.
