水工输水隧洞二次衬砌结构温度应力的研究

摘要

大流量输水工程广泛采用水工输水隧洞的结构形式，而水工输水隧洞多采用钢筋混凝土结构来做二次衬砌。这种衬砌形式能够有效的利用钢筋材料和混凝土材料的受力特性。结构的受力有围岩压力、衬砌结构的自重以及温度应力。衬砌结构的自身重力为一个常量，围岩压力也基本上保持恒定，因此大气温度的变化而产生的温度应力是导致隧洞二次衬砌结构的应力变化的主要原因。通过对引洮工程7＃隧洞资料的统计分析和有限元模拟，揭示了隧洞衬砌结构温度场分布及温度应力变化，进一步阐述了温度变化对衬砌结构温度应力的影响。
　　本文的研究结果表明：
　　1.当管片内径表面的温度小于管片外径表面的温度时，随着管片内外温度差的减小，管片内侧所受的拉应力与管片外侧所受的压应力都会减小，即减小内外温度差可以降低管片内外侧的应力差。
　　2.在管片的厚度方向，温度应力的变化与温度差的变化保持同步。
　　3.在温度差比较大的工况下，混凝土管片内表面的拉应力也比较大，并且其值会随着温度差的增大而增长。
　　4.当管片内径表面的温度大于管片外径表面的温度时，管片的受力特性就发生了变化，最大拉应力发生在管片的外径表面，正好与前面的情况相反。但是温度差与最大应力之间仍然是相关的，即便是在不同的工况下，最大应力都是随温差的增大而增大，随温差的减小而减小。不会出现温差很大而应力很小的情况。
　　5.各温度工况下最大主应力的数值变化与温度应力的变化趋势一样。