مطالعه‌ی عددی و آزمایشگاهی طرح ابداعی پدهای جک دستگاه حفاری مکانیزه تونل‌های بتن پیش ساخته (سگمنتال)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد؛ دانشکده‌ی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود.

2 استادیار؛ دانشکده‌ی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود.

چکیده

در عملیات حفاری تونل با دستگاه حفاری مکانیزه (TBM )، بار متمرکز نسبتا بزرگی توسط جک‌های دستگاه بر قطعات پیش‌ساخته پوشش تونل (سگمنت) اعمال می‌شود. این بار منجر به ایجاد تنش‌های کششی قابل ملاحظه‌ای در ضخامت سگمنت می‌شود. یکی از مهم‌ترین پارامترهای اثرگذار در میزان تنش‌های کششی در ضخامت سگمنت، هندسه صفحه‌ی بارگذاری جک پیشران می‌باشد. در این مطالعه با هدف کاهش میزان تنش‌های کششی در ضخامت سگمنت‌ها، تغییرات ابداعی بر روی هندسه صفحات بارگذاری جک پیشران به صورت آزمایشگاهی و عددی مورد ارزیابی قرار گرفته است. با این هدف، 12 نمونه سگمنت شامل 6 نمونه با بتن ساده و 6 نمونه با بتن الیافی، هرکدام در دو حالت با صفحه‌ی بارگذاری متعارف و صفحه بارگذاری شکاف‌دار پیشنهادی، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که نیروی ترک خوردگی نمونه‌های با صفحه‌ی ابداعی پیشنهادی نسبت به نمونه‌ی متعارف 30 درصد افزایش داشته است. به منظور ارائه روشی برای مدلسازی مسئله‌ی حاضر، روند مدلسازی عددی پیشنهاد شد. نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد مدلسازی عددی با روال پیشنهادی به منظور تخمین بار بیشینه در ستاپ پیشنهادی قابل توصیه بوده اما به منظور مدلسازی عددی الگوی ترک‌ها همچنان به مطالعات تکمیلی نیاز است.

کلیدواژه‌ها


Caratelli, A., Meda, A., Rinaldi, Z., & Romualdi, P. (2011). Structural behaviour of precast tunnel segments in fiber reinforced concrete. Tunnelling and Underground Space Technology, 26(2), 284-291.
Caratelli, A., Meda, A., Rinaldi, Z., & Spagnuolo, S. (2016). Precast tunnel segments with GFRP reinforcement. Tunnelling and Underground Space Technology, 60, 10-20.
Chiaia, B., Fantilli, A. P., & Vallini, P. (2009). Combining fiber-reinforced concrete with traditional reinforcement in tunnel linings. Engineering Structures, 31(7), 1600-1606.
Conforti, A., Tiberti, G., & Plizzari, G. A. (2016a). Combined effect of high concentrated loads exerted by TBM hydraulic jacks. Magazine of Concrete Research, 68(21), 1122-1132. https://doi.org/10.1680/jmacr.15.00430
Conforti, A., Tiberti, G., & Plizzari, G. A. (2016b). Splitting and crushing failure in FRC elements subjected to a high concentrated load. Composites Part B: Engineering, 105, 82-92. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.08.032
Conforti, A., Tiberti, G., Plizzari, G. A., Caratelli, A., & Meda, A. (2017). Precast tunnel segments reinforced by macro-synthetic fibers. Tunnelling and Underground Space Technology, 63, 1-11. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tust.2016.12.005
Conforti, A., Trabucchi, I., Tiberti, G., Plizzari, G. A., Caratelli, A., & Meda, A. (2019). Precast tunnel segments for metro tunnel lining: A hybrid reinforcement solution using macro-synthetic fibers. Engineering Structures, 199, 109628.
de la Fuente, A., Blanco, A., Pujadas, P., & Aguado, A. (2014). Diseño óptimo de dovelas de hormigón reforzado con fibras para el revestimiento de túneles. Hormigón y Acero, 65(274), 267-279. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.hya.2014.11.002
Dixon, D., Secretary, Burg, G. R. U., Abdun-Nur, E., Barton, S. G., Bell, L., Blas, S. J., Ramon, Carrasquillo, Carrasquillo, P., Carter, A. C., Conrey, M. T., Cook, J., Cook, R. A., Cordon, W., Costa, W. J., Abdun-Nurt, E. A., Barringer-t, W. L., Bennett, J., . . . Roget, J. (1997). ACI 211 . 191. In Standard Practice for Selecting Proportions for Normal , Heavyweight , and Mass Concrete: Reported by ACI Committee 211.
Gooranorimi, O., Suaris, W., & Nanni, A. (2017). A model for the bond-slip of a GFRP bar in concrete. Engineering Structures, 146, 34-42.
Iyengar, K. (1962). Two-Dimensional Theories of Anchorage Zone Stresses in Post-Tensioned Prestressed Beams.
Leonhardt, F., & Mönnig, E. (1978). Casi speciali di dimensionamento nelle costruzioni in c.a. e c.a.p. Edizioni di Scienza e Tecnica. https://books.google.com/books?id=WvIJcgAACAAJ
Liu, X., Sun, Q., Yuan, Y., & Taerwe, L. (2020). Comparison of the structural behavior of reinforced concrete tunnel segments with steel fiber and synthetic fiber addition. Tunnelling and Underground Space Technology, 103, 103506. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103506
Meda, A., Rinaldi, Z., Caratelli, A., & Cignitti, F. (2016). Experimental investigation on precast tunnel segments under TBM thrust action. Engineering Structures, 119, 174-185. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.03.049
Meda, A., Rinaldi, Z., Spagnuolo, S., De Rivaz, B., & Giamundo, N. (2019). Hybrid precast tunnel segments in fiber reinforced concrete with glass fiber reinforced bars. Tunnelling and Underground Space Technology, 86, 100-112. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.01.016
Meda, A., Rinaldi, Z., Spagnuolo, S., & Eddie, C. M. (2021). Behaviour of FRC segments with GFRP cage under TBM thrust in presence of GAPs. Tunnelling and Underground Space Technology, 107, 103669. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103669
Nogales, A., & de la Fuente, A. (2020). Crack width design approach for fibre reinforced concrete tunnel segments for TBM thrust loads. Tunnelling and Underground Space Technology, 98, 103342.
Ou, Y.-C., Tsai, M.-S., Liu, K.-Y., & Chang, K.-C. (2012). Compressive behavior of steel-fiber-reinforced concrete with a high reinforcing index. Journal of Materials in Civil Engineering, 24(2), 207-215.
Shi, X., Park, P., Rew, Y., Huang, K., & Sim, C. (2020). Constitutive behaviors of steel fiber reinforced concrete under uniaxial compression and tension. Construction and Building Materials, 233, 117316.
Spagnuolo, S., Meda, A., Rinaldi, Z., & Nanni, A. (2017). Precast concrete tunnel segments with GFRP reinforcement. Journal of Composites for Construction, 21(5), 04017020.
Sugimoto, M. (2006). Causes of shield segment damages during construction. International Symposium on Underground Excavation and Tunnelling,
Tiberti, G., Conforti, A., & Plizzari, G. A. (2015). Precast segments under TBM hydraulic jacks: Experimental investigation on the local splitting behavior. Tunnelling and Underground Space Technology, 50, 438-450. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tust.2015.08.013
Wahalathantri, B., Thambiratnam, D., Chan, T., & Fawzia, S. (2011). A material model for flexural crack simulation in reinforced concrete elements using ABAQUS. Proceedings of the first international conference on engineering, designing and developing the built environment for sustainable wellbeing,
Wight, J. K., & MacGregor, J. G. (2020). Reinforced concrete mechanics and design.
Wittke, W., Erichsen, C., & Gattermann, J. (2007). Stability analysis and design for mechanized tunnelling. Geotechnical Engineering in Research and Practice, 581.