水工有压隧洞单双筋衬砌结构弹性应力分析

根据弹性力学理论分别推导了裂缝贯穿衬砌后水工有压隧洞单双筋衬砌结构在不同内水压力下的结构应力计算公式,给出了开裂半径与内水压力的关系式并对完成的大比尺试验模型进行了理论计算.由计算结果发现,裂缝贯穿村砌后内水压力主要由围岩和衬砌内的环向钢筋承担,且在内水压力下单双筋衬砌结构的钢筋应力、围岩应力及开裂半径差异不大,表明衬砌内环向钢筋的主要作用是限制衬砌裂缝开度、确保衬砌完整性.围岩为主要承裁体.在水工有压隧洞衬砌结构中,在确保裂缝宽度下配王单层钢筋更为经济.     

引红济石隧洞钻爆段支护结构优化设计研究

引红济石调水工程为陕西省南水北调重点建设工程,其输水隧洞为该工程的控制性工程。运用新奥法基本原理,利用隧洞开挖揭示地质条件,对前期地质条件揭示不充分条件下设计的一次支护结构和钢筋混凝土永久衬砌进行优化设计研究。通过系统的计算与分析,调整了原一次支护结构,确保了该隧洞钻爆段施工期围岩稳定与支护结构安全,确保该洞段顺利施工,并对钢筋混凝土永久衬砌的配筋量优化,大大降低钢筋量,节约了工程投资。     

水工隧洞素混凝土衬砌开裂过程弹性分析

根据弹性力学理论推导了水工有压隧洞素混凝土衬砌开裂时内水压力公式,给出了开裂半径与内水压力关系式,分析了素混凝土衬砌在不同开裂阶段时的结构应力.由计算结果发现,一旦开裂裂缝就会很快贯穿衬砌,裂缝贯穿衬砌前内水压力主要由衬砌承担.     

基于二维多向固定裂缝模型的钢筋混凝土梁开裂过程模拟

作为一种准脆性材料,钢筋混凝土开裂是一个复杂的非线性问题。基于二维多向固定裂缝模型,运用DIANA软件对钢筋混凝土三点弯曲梁进行数值模拟。结果表明,在梁内无钢筋、有钢筋、钢筋加密三种条件下的混凝土变形和裂缝扩展过程均可被有效模拟;钢筋的横截面积越大,裂缝的宽度越小,变形结果符合相关理论,且裂缝扩展和分布情况符合实践经验。说明二维多向固定裂缝模型适用于钢筋混凝土结构的开裂模拟。     

长期运行引水隧洞开裂衬砌受力影响规律与承载特性

衬砌裂缝是引水隧洞中常见的病害之一,衬砌开裂会对隧洞衬砌承载力和安全性造成不同程度的影响。以长期服役的东江水源工程引水隧洞衬砌为研究对象,通过现场检测确定了全洞段裂缝的产状、分布规律和开裂特征。利用ANSYS软件中的软弱薄层单元,建立了开裂衬砌的三维数值模型,得出贯穿型纵向裂缝的位置变化对衬砌结构安全性的影响,系统分析了衬砌的承载特性。结果表明,衬砌开裂条件下,衬砌结构局部开裂区的安全系数降低最为显著,尤其是拱肩位置的裂缝对结构的危害程度远大于边墙、拱顶裂缝;另外,裂缝的产生会对其他未开裂部位的受力特性及稳定性产生影响。数值模拟结果良好地体现了裂损衬砌对隧洞结构的影响规律,与现场检测结果一致,为长期服役下隧洞结构病害防治提供了参考。     

用Ansys有限元程序分析水工钢筋混凝土隧洞结构

采用Ansys有限元分析水工钢筋混凝土隧洞结构，通过建立有限元模型来模拟水工隧洞衬砌钢筋混凝土结构的实际工作状态，了解结构的应力分布、裂缝宽度和钢筋混凝土衬砌中钢筋的工作状态，从而可以有针对性地提高水工隧洞钢筋混凝土结构设计的安全性与可靠性。     

某船闸输水隧洞施工期—运行期裂缝成因与分析

为分析某输水隧洞顺流向裂缝产生的原因及其影响,以隧洞衬砌及部分围岩为研究对象,采用考虑缝面接触问题的非线性有限元法,模拟隧洞衬砌混凝土施工及隧洞有水调试过程,对衬砌结构的温度及应力进行仿真分析。结果表明,底板裂缝发生于有水调试前,由温度应力引起;而顶拱裂缝是由早期的温度应力和隧洞有水调试产生的结构应力共同作用引起。裂缝出现后,钢筋应力及裂缝面错动位移满足承载力要求。     

透水理论在新疆某高压隧洞混凝土衬砌结构设计中的应用

鉴于在高水头作用下,采用面力理论设计高压混凝土衬砌结构时存在衬砌厚度过大、含筋率超标严重的问题,以体积力的形式将内水压力施加于混凝土衬砌和围岩,通过建立透水衬砌理论数值计算模型,分析混凝土衬砌的应力应变关系,并按照规范进行限裂配筋。将该方法应用于新疆某水电站发电洞衬砌设计中,并与面力理论的计算结果进行对比,发现采用透水衬砌理论设计高压隧洞的混凝土的配筋量明显减小,降低了工程投入成本。     

大型导流隧洞衬砌结构与围岩稳定研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护也是目前导流隧洞的主要支护方式。采用非线性有限元分析方法,对某水电站导流隧洞洞身特征断面进行了计算,并引入了点点接触单元,对在内水作用下围岩和钢筋混凝土衬砌之间存在初始缝隙时的联合承载特性进行了分析;引入了接缝单元,对围岩与钢筋混凝土衬砌接触部分在外水作用下的工作特性进行模拟,分析了衬砌与围岩接触面强度对衬砌应力的影响,研究结果对其他导流隧洞衬砌结构设计和施工具有一定的指导意义。     

层状组合结构轴拉条件下的裂缝饱和度分析与应用

基于裂缝扩展机理分析了裂缝扩展过程中的饱和现象,建立了层状组合结构的数值模型,分析了轴拉条件下裂缝中心区域的应力分布特征,论证了裂缝饱和度存在的客观性,探讨了荷载边界条件、材料参数与上覆压力对裂缝饱和度的影响,结合钢衬混凝土组合结构工程特性,研究了裂缝饱和度的基本规律。结果表明,轴向拉伸荷载边界条件不影响裂缝饱和度,裂缝层材料的弹性模量和泊松比越大,或相邻层材料的弹性模量和泊松比越小,裂缝饱和间距越大;上覆压力对裂缝饱和间距的影响较小。对于钢衬混凝土组合结构,轴拉条件下的裂缝饱和间距主要取决于外包混凝土厚度;布筋对钢衬混凝土组合结构的裂缝饱和度有显著影响,钢筋的埋入,相当于降低了混凝土裂缝层的有效厚度,可起到控制裂缝最大宽度的效果,建议将钢筋布置在混凝土层中部,以期增加潜在的裂缝条数,而不会出现宽度过大的裂缝。     

基于流固耦合的高压混凝土隧洞衬砌结构配筋研究及应用

当采用面力理论计算新疆阿尔塔什水利枢纽工程的发电引水隧洞的配筋量时,衬砌含筋量巨大,与实际情况不符合。对此,采用岩体弹塑性渗流—应力—损伤耦合模型,将动态变化的体积力施加于整个模型,得出混凝土衬砌应变情况,根据衬砌应力按照现行规范进行限裂配筋。计算得出了围岩、衬砌的渗流场、应力场和相应的水力梯度以及最高外渗水头。结果表明,考虑流固耦合下的高压隧洞衬砌应力小于面力理论计算的成果,且前者计算出的混凝土衬砌配筋量远小于后者的计算结果。研究成果可为类似隧洞设计提供参考。     

欠挖条件下导流隧洞衬砌结构应力应变分析

针对功果桥水电站导流隧洞欠挖情况,根据进口段欠挖典型断面建立了数值仿真分析模型,比较了不同欠挖程度下衬砌结构的受力特征,分析了衬砌和围岩间粘结强度对衬砌结构的影响,并采用内力法对衬砌内的配筋进行了复核。结果表明,随欠挖程度的增加,衬砌实际厚度减小;在外水压力作用下,衬砌变形逐渐增大,应力也随之增加,衬砌安全度逐渐减小;在衬砌与围岩间粘结强度为0.4MPa,且欠挖深度在衬砌厚度的40%(欠挖92cm)及其以上时,衬砌结构的安全将得不到保证;同时衬砌与围岩间粘结强度对边墙和底板的变形和应力影响较大,而对顶拱位置影响较小。     

内水外渗作用下有压管道衬砌渗透损伤耦合分析

为研究内水外渗作用下有压管道混凝土衬砌渗透损伤规律,基于弹塑性损伤有限元理论,建立了损伤度与渗透率的匹配关系,采用增量变塑性损伤刚度迭代方法,模拟了水工隧洞充水运行过程中,混凝土衬砌在渗流-损伤-应力耦合作用下的损伤过程,并对衬砌与围岩的承载比例及受力变形特征进行了分析。工程应用结果表明,混凝土衬砌损伤系数沿衬砌厚度由内而外线性减小,损伤开裂减小了衬砌的水力梯度,改善了衬砌的受力条件;洞周锚杆系统发挥自身刚度作用加固围岩,且承担内水外渗的体积荷载,提高了衬砌和围岩联合承载能力;固结灌浆对提高围岩承担内水荷载及防渗能力起主要作用。     

纤维复合材料加固单向板抗裂性能及裂缝宽度计算方法

鉴于纤维复合材料(FRP)加固混凝土单向板的抗裂性能及裂缝宽度计算方法研究较少,通过7块碳纤维增强复合材料(CFRP)和玻璃纤维增强塑料(GFRP)布加固钢筋混凝土板,试验分析了纤维布种类、加固量及加固方式对单向板正截面抗裂性能的影响,导出了FRP加固钢筋混凝土单向板开裂弯矩的计算公式,验证了FRP加固混凝土梁裂缝宽度计算公式对单向板的适用性,为修订FRP加固技术规程、完善加固设计方法、拓展加固技术提供了参考依据。