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.     

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.     

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。     

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。     

温度变化对小浪底水库排沙洞无粘结预应力衬砌结构应力状态的影响

小浪底排沙洞是我国第一个采用无粘结预应力混凝土衬砌结构的高压水工隧洞,结合工程运行过程中的观测数据,对温度作用下混凝土应变计的应变变化规律和基于应变监测数据的温度应力计算方法进行了探讨,分析了温度变化对预应力衬砌结构应力状态的影响。结果表明,温度变化对衬砌结构的应力状态会产生比较大的影响,当温度升高时,衬砌中的温度压应力也随之增大;且温度相同时衬砌内侧受到的影响更大。     

大断面隧洞上穿既有隧洞结构安全分析

为分析丽水机场沙溪排水隧洞上穿既有玉溪引水隧洞工程可能造成的影响,采用有限元模拟法,综合考虑了大断面隧洞开挖引起的围岩应力重分布和爆破振动影响,研究了新建大断面隧洞自身的围岩受力和变形特征,及新建隧洞开挖、爆破施工引起的既有隧洞衬砌受力变形及动力响应。结果表明,在完成开挖后,新建排水隧洞的最大位移发生在拱顶处,围岩及衬砌结构受力变形满足设计要求;既有隧洞沿竖向发生隆起变形,最大隆起量为6.3mm,横向拱腰处发生向内的水平位移,最大水平位移为0.76mm,最大值均发生在隧洞交叉点处;既有隧洞衬砌结构最大压应力为30MPa,无拉应力,满足衬砌结构抗压和抗拉强度要求;新建隧洞爆破施工导致既有隧洞的最大质点振动速度满足爆破安全规程规定,说明新建大断面隧洞采用分层分块小断面控制爆破施工技术可有效控制爆破施工对临近结构的影响。     

模板材质和拆模时间对衬砌混凝土应力的影响

以溪洛渡水电站无压泄洪洞为例,采用三维有限元法仿真计算1 m厚衬砌混凝土的温度与温度应力,分析了不同模板材质和拆模时间多方案温度应力变化发展规律,提出了有效减少温度裂缝发生的合理建议,可供类似隧洞工程衬砌混凝土的温控设计与施工参考.     

水工压力隧洞结构限裂设计研究现状

针对限裂设计为水工高压隧洞设计的核心问题,基于钢筋混凝土结构裂缝计算理论的研究现状,分析比较了衬砌结构的裂缝计算公式,并探讨了水工隧洞衬砌试验研究现状.结果表明,裂缝宽度计算理论并未取得共识,计算公式均有不足,不能完全满足衬砌结构设计的实际需求,还有待于进一步改进和完善.     

压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂数值模拟研究

立足于直接求解压力隧洞设计所关注的衬砌裂缝条数和裂缝宽度,同时考虑混凝土衬砌的开裂、钢筋的作用、钢筋与混凝土间的粘结滑移以及围岩的作用,建立了压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂的数值模型,并编制了相应的计算程序。采用该计算程序对压力隧洞钢筋混凝土衬砌开裂问题进行数值模拟研究,分析了钢筋量、围岩条件对裂缝条数和裂缝宽度的影响,并着重与现行规范进行对比分析。结果表明,所建模型能反映压力隧洞钢筋混凝土衬砌作为地下结构的受力特性;围岩条件对裂缝条数和宽度均有明显影响;压力隧洞钢筋混凝土衬砌限裂的关键在于改善围岩条件,不宜盲目加大钢筋量。该研究结果对压力隧洞工程实践具有一定的指导价值。     

过缝钢筋对放空洞无压段衬砌混凝土应力影响研究

以江坪河水电站放空洞无压段为例,利用ANSYS软件模拟了衬砌混凝土的施工过程,采用三维有限元法仿真计算了温度与温度应力,分析了有无过缝钢筋约束工况下温度应力的发展过程和分布规律,研究了过缝钢筋在增加结构段之间整体性的基础上对衬砌混凝土应力的影响,为隧洞工程是否有必要设置过缝钢筋提供了参考.     

基于ANSYS的水工压力隧洞配筋计算研究

利用有限元法模拟江坪河水电站引水隧洞钢筋混凝土衬砌结构的应力分布,通过ANSYS面操作技术运用高斯积分原理求得衬砌结构内力分布,从而计算衬砌结构配筋量.计算结果与传统的结构力学配筋法计算结果基本吻合,可为同类工程提供参考.     

某引水隧洞工程衬砌结构分析

某引水隧洞为大型供水工程中的重要工程,全面系统地验证其衬砌结构的安全稳定性对工程意义重大。首先采用荷载-结构法对典型断面衬砌结构的配筋情况进行复核,其次采用地层-结构法,借助三维数值软件FLAC~(3D)对典型断面衬砌结构进行仿真模拟分析,并评估衬砌结构的混凝土强度是否满足要求。结果表明,引水隧洞衬砌结构应力满足混凝土强度要求,承载能力满足安全要求,为引水隧洞加固设计提供了参考。     

TBM引水隧洞衬砌管片形式研究

管片衬砌是TBM引水隧洞的主要装配构件,其管片形式是决定衬砌结构安全与TBM隧洞推进速度的关键因素。结合某TBM压力引水隧洞,采用不同的管片形式,建立三维数值计算模型,针对常用的矩形管片衬砌与新型平行四边形管片衬砌,对比分析了典型工况（运行期、检修期）下管片衬砌的应力、管片接缝状态与连接螺杆应力等。结果表明,矩形管片衬砌的环向应力沿水流向的分布更均匀且峰值较小;运行期,平行四边形管片衬砌在接缝处的张开位移和螺杆应力分布更均匀且峰值较小;检修期,平行四边形管片间的接触压力与螺杆应力均较大。由于管片接缝位置的张开位移值安全裕度较大,可优先选取整体结构稳定性较高的矩形管片,在满足衬砌应力不超过混凝土设计强度允许值时,可选择施工进度更快的平行四边形管片。研究结果为TBM隧洞衬砌施工提供了指导。     

水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施

通过水工隧洞混凝土施工中产生裂缝的实例叙述,深入分析了衬砌混凝土产生裂缝的诸多因素所形成的主要成因,并根据水工隧洞施工情况总结出了控制裂缝产生的具体措施     

大体积混凝土结构裂缝控制技术

大体积混凝土结构施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇注内部温度和温度应力剧烈变化,由此而产生的温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。裂缝会影响混凝土的整体性、防水性和使用的耐久性,因此如何控制裂缝是混凝土施工成败的关键。本文从施工角度出发,介绍了几种裂缝控制的措施,在工程中得到了比较好的应用效果。     

溪洛渡水电站导流洞衬砌混凝土夏季分期浇筑温控效果分析

针对大断面水工隧洞衬砌混凝土夏季施工很容易出现温度裂缝的问题,以溪洛渡水电站导流洞工程为例,采用ANSYS有限元软件模拟分析了不同温控工况下不同浇筑方式对衬砌混凝土的温控效果,并给出合理的温控方案。结果表明,采用一次浇筑难以满足温控防裂要求,而采用分期浇筑衬砌混凝土体的温度没有明显变化,但可有效降低各代表点最大拉应力,尤其是衬砌混凝土中间点的第一主应力,使衬砌混凝土满足抗裂安全要求。推荐温控方案可满足衬砌混凝土温控防裂要求,且安全富裕不是很大,相对来说也较经济。     

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。     

环形预应力锚索失效对高内压隧洞内衬应力的影响

受施工质量不良、防腐措施不规范、锚索张拉控制应力过高等因素的综合影响,环形预应力锚索存在失效的可能与现实。为揭示高内压隧洞内衬中环形预应力锚索破坏失效后对隧洞内衬应力的影响,以南水北调中线穿黄隧洞工程为例,采用三维有限元方法对隧洞内衬结构的应力分布进行模拟计算,假设标准段衬砌中不同部位、不同根数锚索的预应力完全失效,分析其对隧洞内衬应力的影响。研究结果表明,锚索失效后失效锚索附近局部区域预压应力减小,运行中的环向应力分布均匀性变差并出现了拉应力区;衬砌段中部锚索失效对内衬应力的影响区域较大但对应力值的影响较小,端部锚索失效对内衬应力的影响区域较小,但对应力值的影响较大;端部锚索失效和中部相邻两根锚索同时失效时的运行工况最大拉应力值超过混凝土设计抗拉强度,将引起混凝土的局部开裂,可能导致结构破坏。     

边墙高度与分缝长度对泄洪洞衬砌混凝土温度应力的影响

以溪洛渡水电站无压段泄洪洞为例,采用三维有限元法仿真计算了1 m厚衬砌混凝土的温度应力,分析了不同边墙高度与分缝长度下衬砌温度应力的变化发展规律。边墙高度和分缝长度变化对温度应力的影响明显,尺寸越大,温度应力越大,衬砌混凝土越易产生裂缝,边墙高度对应力的影响略小于分缝长度的影响,边墙高度与分缝长度的比值在1.22~1.25之间时断面较为合理,可为类似工程提供参考。     

锚索间距对环锚预应力衬砌结构强度的影响与选择

以南水北调中线穿黄隧洞环锚预应力混凝土衬砌结构为例,利用有限元软件ANSYS建立计算模型,通过三维有限元计算并分析了环锚预应力结构中锚索间距对衬砌结构强度和稳定性的影响及其相关规律。结果表明,当锚索间距过大时,不能满足衬砌结构的承载能力及环向应力沿轴向的均匀性要求,局部区域因环向拉应力超过混凝土抗拉强度设计值时将出现裂纹;当锚索间距过小时,衬砌结构偏于安全,但影响工程施工的便利性并提高工程造价。对于穿黄隧洞工程,锚索间距为0.4~0.6m时可满足其安全运行要求,为尽可能降低锚索的工程造价,兼顾锚索的锚固作用及工程的经济效益,建议在满足工程结构受力的要求下优先选取较大的锚索间距。