大型现浇后张无粘结预应力混凝土压力涵管的设计研究与实践

摘要

东江—深圳供水改造工程C-Ⅱ标段(凤凰岗—窑坑段)长3.3km的输水管道，设计输水流量90m3/s，管中心内压水头20m～30m，覆土厚度2m～6m。经多方案的技术经济比较，采用平行布置的两条内径4.8m的现浇预应力混凝土压力涵管。本论文是对该涵管的设计研究与实践工作的总结。 首先，由于该工程是对港、深供水的生命线工程，供水保证率要求高，而输水系统的调节库容有限，容许的检修时间短，管道的抗裂防渗及接缝止水的可靠性要求很高；其次，该压力涵管穿越的地段基础地质特性多样，要求涵管结构能适应不同的地质条件；再次，由于工期紧，要求管道结构体型便于施工。在广泛调查研究、总结分析国内外环形预应力混凝土技术研究成果和工程经验的基础上，经过大量的分析与比较，提出在该工程中采用无粘结预应力混凝土“内圆外城门洞”形的新型涵管结构，以实现上述目标。现浇后张无粘结预应力混凝土压力涵管结构是环形预应力混凝土技术领域的扩展应用，也是国内首次在现浇浅埋式压力管道工程中采用无粘结环形预应力技术。其设计研究和实践的探索值得总结。 在该涵管的设计过程中，对其结构体型、预应力锚固体系、结构应力有限元仿真分析和足尺模型测试等进行了研究。从方便现浇施工和节省管座等方面考虑，涵管结构体型采用“内圆外城门洞”形断面形式。由于该涵管的结构体型和受力机理不同于一般承受内压的圆筒形结构，因此提出了管体上部环锚与管体下部对锚两种预应力锚固支承方式。按管道中心内压水头20m、25m和30m将管道分为A、B和C三种管型，分析研究了三种管型施工、运行、检修等各种工况的管道受力性能和地基刚度、覆土厚度等因素对管道受力性能的影响。从管道受力性能、材料用量和施工等方面对两种锚固方式进行了技术经济对比，确定该涵管采用管体下部对锚方案。为了使该涵管的设计更加安全可靠和经济合理，在现场进行了足尺模型试验研究，并将模型实测成果和有限元计算成果进行了对比，结果表明两者具有相同的应力分布规律。由于设计采用的摩阻系数值比实测值要大，实测的钢绞线有效张拉力和涵管环向混凝土预压应力比计算值大，计算结果偏安全。 本项目的研究结果表明：大型压力涵管采用“内圆外城门洞”形的断面形式，既节省了管座，又便于施工；现浇涵管采用后张无粘结预应力体系可使其环向全截面处于受压状态，大大提高结构的抗裂防渗性能，结构安全可靠。本项目的研究成果对类似结构的设计有重要的参考价值。

目录

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附图

第一章绪论

1.1选题背景和应用价值

1.1.1选题背景

1.1.2应用价值

1.2国内外文献综述

1.3课题来源及主要研究内容

1.3.1课题来源

1.3.2主要研究内容

1.4研究方法和技术路线

1.4.1研究方法和技术路线

1.4.2重点解决的技术难点及预期成果

第二章大型现浇预应力涵管的结构设计

2.1设计条件和原则

2.1.1设计条件

2.1.2设计原则

2.1.3计算工况

2.2断面形式和预应力体系的选择

2.2.1断面形式的选择

2.2.2环形预应力体系的选择

2.3环形预应力作用机理和钢绞线有效张拉力的计算

2.3.1环形预应力作用机理

2.3.2钢绞线有效张拉力的计算

2.4结构内力的分析研究

2.4.1荷载计算

2.4.2内力计算

2.5涵管结构的应力及抗裂校核

2.6锚固系统的防腐及锚具槽的封堵

2.7本章小结

第三章大型现浇预应力涵管的三维有限元分析

3.1基本结构的计算模型

3.2计算工况与荷载组合

3.3环锚方案的有限元分析成果

3.4对锚方案的有限元分析成果

3.5两种锚固方案的技术经济比较

3.6地基刚度对管体应力的影响分析

3.7本章小结

第四章大型现浇预应力涵管的足尺模型试验

4.1仿真模型试验的目的和任务

4.1.1试验目的

4.1.2试验任务及内容

4.2试验模型布置

4.2.1试验段的布置

4.2.2试验过程

4.3测试项目及仪器布置

4.3.1测试断面和部位

4.3.2测点及仪器布置

4.3.3主要测点数量

4.4试验结果及分析

4.4.1预应力钢绞线与锚具力学性能

4.4.2预应力筋的摩擦损失

4.4.3混凝土应力及变形

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢