环锚预应力混凝土衬砌结构锚具槽区域的应力状态分析

摘要

无粘结环锚预应力衬砌结构是应用在水工隧洞中的一种新型结构形式,该结构主要适用于衬砌围岩地质条件较差、衬砌中的水压力较大以及衬砌开裂水渗入围岩后能够导致周围建筑物失稳的水工隧洞结构中。无粘结预应力衬砌结构作为一种新型的衬砌结构形式具有其特殊的优点:无粘结衬砌中钢绞线采用双圈环绕形式,能够使衬砌中的压应力分布更均匀,锚索的沿程预应力损失更小,与有粘结衬砌相比有效预压应力大,衬砌的厚度可以适当减小,这样就能够节省材料减小开挖量,大大降低了施工的难度和工程造价,有效的加快施工的进度。鉴于无粘结环锚预应力混凝土衬砌的优势,可以看出这种结构在我国水工隧洞中有着广阔的应用前景。目前,这种衬砌形式只在小浪底工程的三条排沙洞和大伙房水库输水隧洞中得到应用,从这两个工程的运行情况来看,该结构也暴露出一些问题,尤其是锚具槽部位,通过对小浪底工程试验段进行观测发现,小浪底锚具槽存在漏油现象,锚具槽部位是整个结构的薄弱环节。
　　本文主要应用ANSYS有限元分析软件对小浪底2号排沙洞建模分析,分别对锚索张拉阶段的施工期和加水压后的运行期的锚具槽区域的应力状态进行分析,并将施工期的结果与2号排沙洞试验段的监测数据进行对比,看出两者具有很好的一致性。计算结果表明,锚具槽部位的受力状态是整个结构最复杂的,最大最小环向应力均出现在锚具槽附近,轴向和径向还出现了较小的拉应力。为了解决这个问题,本文在最后一章对锚具槽位置做了优化,并对其进行施工期和运行期的有限元分析,从结果可以看出,优化后的结构薄弱区范围明显减小,锚具槽附近的应力分布更均匀,对于今后的工程具有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2环锚预应力混凝土衬砌结构形式及特点

1.3环锚预应力混凝土衬砌结构的应用和研究

1.4环锚无粘结预应力衬砌结构存在的问题

1.5本文主要工作

第二章环锚预应力混凝土衬砌结构锚具槽的布置与施工

2.1概述

2.2环锚预应力混凝土衬砌结构锚具槽的典型布置方案

2.3小浪底工程锚具槽的施工与回填

2.4本章小结

第三章 小浪底工程锚具槽区域的应力状态分析

3.1概述

3.2计算模型的单元选取及材料假定

3.3计算模型的建立原则

3.4施工期有限元模型

3.5模型的荷载计算

3.6施工期锚具槽区域应力状态分析

3.7加水压后锚具槽区域应力状态分析

3.8本章小结

第四章 小浪底工程预应力混凝土衬砌结构优化

4.1优化方案提出

4.2 优化后模型参数选择

4.3优化前后施工期锚具槽区域环向应力对比

4.4优化前后运行期锚具槽区域环向应力对比

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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