大型隧洞衬砌混凝土施工期及运行期温控分析

摘要

隧洞衬砌混凝土由于水泥水化热作用、外界环境温度的变化以及围岩的强约束作用，温度应力的影响显著，是引起衬砌混凝土结构裂缝的重要原因之一。温度裂缝，尤其是贯穿裂缝对结构的危害较大。国内外对大体积混凝土工程的温控研究比较重视，理论也日趋成熟。但对地下工程混凝土衬砌的温控研究却比较少，重视程度也不够，目前规范中仅作了一般的规定，没有具体要求明确的温控措施或方法，而实际工程中却发现地下工程混凝土衬砌温度裂缝的例子并不少见。因此，有必要对地下工程混凝土衬砌的温控防裂技术进行详细而深入地研究。
　　本文为探明地下衬砌混凝土出现裂缝的原因，研究进一步采取综合温控措施防裂的有效性和合理性。结合工程实际情况，综合考虑了不同混凝土浇筑温度、冷却水管等情况下，隧洞衬砌截面内的温度场，以及考虑徐变的混凝土的温度应力，利用ANSYS有限元软件对泄洪洞衬砌施工期和运行期温度场、温度应力场进行了三维仿真计算。仿真结果给出了温度场、温度应力分布及其随时间变化规律，得出施工期开浇后第二天达到最大温度，第三天即开始出现较大拉应力值，其极值出现在中后期。在混凝土浇筑时应降低浇筑温度，加冷却水管，在浇筑后的10～28d温降期间要对表面进行合理养护等温控措施，严格各项施工规范。而运行期在施工期合格的基础上，温度场、应力场基本都达到规范要求。

目录

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1 绪论

1.1 隧洞混凝土衬砌技术的现状及问题

1.2 衬砌混凝土的温度场计算

1.2.1 大体积混凝土温度场的计算方法

1.2.2 隧洞衬砌混凝土温控研究现状

1.3 本文的研究目的与内容

1.3.1 主要研究目的

1.3.2 研究内容

2 温度场和温度徐变应力场三维有限元计算原理

2.1 热传导基本理论

2.1.1 热传导方程

2.1.2 导热问题的定解条件

2.2 三维有限元基本理论

2.3 稳定温度场三维有限元计算公式

2.4 非稳定温度场有限元计算公式

2.5 温度应力有限元计算公式

2.5.1 由变温引起的等效结点荷载计算

2.5.2 弹性体变温应力的有限元计算

2.6 混凝土徐变应力分析

2.6.1 混凝土的变形

2.6.2 混凝土的徐变变形

2.6.3 混凝土温度徐变应力分析的有限单元法

2.7 小结

3 ANSYS在混凝土温控计算中的应用

3.1 ANSYS软件简介

3.1.1 ANSYS的基本分析过程

3.1.2 ANSYS的二次开发技术

3.1.3 ANSYS在水利工程中的应用

3.2 混凝土温度场的计算

3.2.1 ANSYS热分析模块计算原理与工程参数的统一

3.2.2 混凝土温度场计算算例

3.3 小结

4 基本工况下隧洞衬砌混凝土施工期温度与温度应力分析

4.1 工程概况

4.2 计算模型

4.3 基本资料和参数

4.3.1 C50混凝土徐变度

4.3.2 初始条件

4.3.3 边界条件

4.4 施工过程

4.5 衬砌混凝土施工期温度与温度应力仿真分析

4.5.1 衬砌混凝土施工期温度场分析

4.5.2 衬砌混凝土施工期温度应力场分析

4.6 小结

4.6.1 温度与应力随时间的变化规律

4.6.2 温度与应力随空间的变化规律

4.6.3 裂缝形成原因及发展规律

5 泄洪洞衬砌混凝土温控措施研究

5.1 降低浇筑温度情况的温度与温度应力仿真分析

5.1.1 温度场分析

5.1.2 温度应力场分析

5.2 加冷却水管情况的温度与温度应力仿真分析

5.2.1 温度场分析

5.2.2 温度应力场分析

5.3 综合温控措施情况的温度与温度应力仿真分析

5.3.1 温度场分析

5.3.2 温度应力场分析

5.4 小结与建议

6 隧洞衬砌混凝土运行期温度与温度应力场仿真分析

6.1 温度场分析

6.2 温度应力场分析

7 结论和展望

7.1 结论

7.1.1 对隧洞衬砌混凝土温度和温度应力的认识

7.1.2 温控措施的研究

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

一、攻读硕士学位期间发表的论文

二、攻读硕士学位期间参加的主要科研项目