纤维增强混凝土隧道的适用性概述及抗震损伤性分析

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2025.S1.011

隧道建设（中英文） ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S1): 96-103.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.S1.011

纤维增强混凝土隧道的适用性概述及抗震损伤性分析

迟恒^{1, 2}，王恒栋¹

（1. 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092； 2. 大连理工大学建设工程学院，辽宁大连 116024)

出版日期:2025-07-15 发布日期:2025-07-15
作者简介:迟恒(1990— )，男，河北邯郸人，大连理工大学土木工程专业在读工程博士，工程师，主要研究方向为地下工程设计。 E-mail： chiheng@smedi.com。

Overview of Applicability and Seismic Damage Analysis of Fiber-Reinforced Concrete in Tunnels

CHI Heng^{1, 2}, WANG Hengdong¹

(1. Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China； 2. School of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China)

Online:2025-07-15 Published:2025-07-15

摘要/Abstract

摘要： 现行的隧道研究及标准指出纤维材料对隧道抗震性能提升有显著作用，但在工程设计及研究上的定量分析仍不充分，尤其是对各类纤维材质的增韧效果差异性比较等研究相对较少。为进一步明确各类纤维材料对隧道结构的韧性提升效果，基于已有的案例分析，首先，梳理各类纤维材料的增韧抗裂机制，总结特殊地质下纤维混凝土管片的抗震性能及抗震措施上的应用效果。然后，基于钢纤维及各类性能纤维增强混凝土的轴拉本构模型，构建各类纤维材质的三维隧道有限元结构分析模型，并通过对各类纤维材料隧道的地震响应分析，拟合出不同的脆弱性曲线。最后，参照隧道在不同破坏状态的划分指标及判定方法，评估了不同纤维增强混凝土隧道的抗震韧性水平。对比发现：在相同地震作用下，普通混凝土衬砌隧道相比于钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土材质的隧道破坏概率更高；在提高隧道抗破坏性能方面，混合纤维混凝土的增韧抗裂作用强于普通混凝土的加筋作用。因此，适度比例的钢纤维体积分数对提高塑性混凝土基体的韧性有显著作用。

关键词: 纤维混凝土, 隧道, 抗震性能, 工程实践, 适用性, 易损性, 韧性

Abstract: In current tunnel research and standards, fiber materials significantly improve the seismic performance of tunnels. Quantitative analyses are still insufficient in engineering design and research, especially the comparison of the difference in toughening effect of various fiber materials. To further clarify the toughness improvement effect of various fiber materials on tunnel structures, the authors summarize the toughening and crack resistance mechanism of various fiber materials based on existing case analysis, and analyze the seismic performance of fiber reinforced concrete segments and the application effect of seismic measures under special geologies. Finally, based on the axial constitutive models of various fiber-reinforced concrete, three-dimensional finite element structural analysis models of various fiber materials are constructed. Different vulnerability curves are fitted through seismic response analysis of various fiber material tunnels. Additionally, seismic toughness level of various fiber-reinforced concrete tunnels is evaluated based on classification index and judgment method of tunnels in different failure states. Under the same seismic action, it is found that the failure probability of ordinary concrete lining tunnel is higher than that of steel fiber reinforced concrete and mixed fiber reinforced concrete. In terms of improving the anti-failure performance of tunnels, the toughening and crack resistance of mixed fiber reinforced concrete is stronger than that of ordinary concrete. Therefore, the appropriate proportion of steel fiber content has a significant effect on improving the toughness of the plastic concrete matrix.

Key words: fiber concrete, tunnel, seismic performance; engineering practice, applicability, vulnerability, resilience

迟恒, 王恒栋. 纤维增强混凝土隧道的适用性概述及抗震损伤性分析[J]. 隧道建设, 2025, 45(S1): 96-103.

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纤维增强混凝土隧道的适用性概述及抗震损伤性分析

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