城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法技术

本发明专利技术提供一种城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，包括：步骤1.收集城门洞型底板衬砌混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.计算城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力σmax＝‑0.2695×H‑0.1250×W+0.2370×L+0.0350×C+0.0330×E+0.1032×T0‑0.0188×Tg‑0.1342×Ta‑0.1091×(Ta‑Tmin)‑0.6323/H+0.1752×(Ta‑Tmin)/H‑0.0006×E

Calculating Method of Maximum Temperature Tensile Stress of Chengmen Tunnel Base Slab Lining Concrete in Construction Period

The present invention provides a method for calculating the maximum temperature tensile stress of Chengmendong type bottom slab lining concrete during construction period, which includes: step 1. collecting data for calculating temperature control and crack prevention of Chengmendong type bottom slab lining concrete; step 2. calculating the maximum temperature tensile stress of Chengmendong type bottom slab lining concrete during construction period max= 0.2695*H_0.1250*W+0.2370*L+0.0350*C+0.0330*E+0.1032*T0.0188*Tg _0.1342*Ta_0.1091*Ta_Tmin_0.6323/H+0.1752*Ta_Tmin/H_0.0006*E

【技术实现步骤摘要】
城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法
本专利技术属于工程结构混凝土温控防裂
，具体涉及一种城门洞型断面底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法。
技术介绍
裂缝是混凝土的主要病害之一。根据裂缝产生的主导原因，可分为外荷载作用引起的结构性裂缝和变形变化作用引起的非结构性裂缝两大类。变形作用包括温度、干缩湿胀和围岩变形等，其中80％都是温度裂缝。近些年，水利水电工程建设高速发展，地下水工的规模和断面尺寸越来越大，地质等环境条件越来越复杂。随着坝高的增大，泄水的流速越来越高，混凝土强度等级也越高。大断面高强度地下水工衬砌混凝土，只要不采取有效的措施，无一例外地都产生了大量裂缝，而且大多是施工期产生贯穿性的温度裂缝(参见图1和图2)。地下结构工程长期处在潮湿、干湿交替的环境中工作，危害性裂缝的存在严重影响着工程结构的安全性、施工进度工期、导致渗漏甚至渗透破坏、耐久性和寿命、工程造价和美观，还可能诱发其它病害的发生和发展。现行有关设计规范对于地下工程衬砌混凝土温度裂缝的控制及其计算方法一般都缺乏明确与具体的规定，也没有明确的温控标准。如《水工混凝土结构设计规范》在4.1.2(3)要求“对使用上要求进行裂缝控制的结构构件，应进行防裂或裂缝宽度验算”，在4.1.8规定“建筑物在施工和运行期间，如温度的变化对建筑物有较大影响时，应进行温度应力计算，并宜采用构造措施和施工措施以消除或减少温度应力。使用中允许出现裂缝的钢筋混凝土结构构件，在计算温度应力时，应考虑裂缝开展而使构件刚度降低的影响”。但没有指明温度应力和温控防裂的计算方法。又如《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)仅在11.2.6条要求“温度变化、混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力对衬砌的影响，宜通过施工措施及构造措施解决。对于高温地区产生的温度应力，应进行专门的研究”。对使用上要求控制裂缝的部分地下工程衬砌混凝土(如高流速泄洪洞、发电洞引水段等)在施工期的温控防裂设计计算，目前主要采用有限元法。在完成结构设计后，通过大量方案的温度与温度应力的仿真计算分析提出施工温控防裂方案及其现场施工最高温度控制标准。这样做，精度较高，而且可以优化施工温控方案。但需要先进行混凝土配合比和大量性能参数试验，试验和仿真计算需要花费较多的时间；而且需要花费较多的资金；对于没有确定施工配合比和没有试验获得混凝土性能参数时无法进行；不能适用于初步设计阶段和施工中方案快速调整。特别是至今的有关规范没有施工期温控防裂设计的防裂安全系数要求值，如水工隧洞衬砌混凝土温控防裂设计时都是参考大坝设计规范。综合以上情况说明，目前地下工程衬砌混凝土施工期温度应力计算，有限元法花费时间、费用较多，不能适用于无混凝土试验成果的初步设计阶段和施工中方案快速调整。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于如图3所示的城门洞型隧洞底板结构的衬砌混凝土施工期最大温度拉应力快速计算方法，可在浇筑施工过程中针对发现问题和施工技术、条件等的改变，实时用于优化改进施工温控措施和温度应力计算，实现温控防裂。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：本专利技术提供一种城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.收集城门洞型底板衬砌混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.计算城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力σmax：σmax＝﹣0.2695×H－0.1250×W+0.2370×L+0.0350×C+0.0330×E+0.1032×T0－0.0188×Tg－0.1342×Ta－0.1091×(Ta－Tmin)－0.6323/H+0.1752×(Ta－Tmin)/H－0.0006×E2+0.0051×W2+0.0171×H×T0+0.0013×H×Tg+0.0043×E×H+0.0498×H×(Ta－Tmin)+0.6079(公式1)，上式中：σmax为城门洞型隧洞底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力(MPa)；H为底板衬砌混凝土结构的厚度(m)；W为底板宽度(m)；L为分缝长度(m)；E为围岩变形模量(GPa)；C为底板衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级(MPa)；T0为底板衬砌混凝土浇筑温度(℃)；Ta为底板衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度(℃)；Tmin为洞内冬季最低温度(℃)；Tg＝35-Tw，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值(℃)，在没有通水冷却的情况下取Tw＝35℃，在通水冷却的情况下Tw为通水温度(℃)。将城门洞型衬砌结构底板厚度、高度、分缝长度、混凝土强度等级、围岩变形模量、浇筑温度、浇筑施工时洞内空气温度、洞内冬季最低温度、是否通水冷却及其水温代入公式1，即可计算得对应该时期浇筑城门洞型隧洞底板衬砌混凝土的施工期最大温度拉应力。优选地，本专利技术提供的城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，收集的计算用资料包括：衬砌结构设计资料，特别是温控防裂设计与计算成果、底板衬砌混凝土断面尺寸(厚度、宽度、分缝长度等)、混凝土强度等级；环境资料，特别是地质条件围岩变形模量、洞内气温年变化规律、水温年变化规律；混凝土浇筑施工资料，特别是混凝土浇筑施工温控措施方案、浇筑温度、浇筑施工时洞内空气温度、是否通水冷却及其水温等。优选地，本专利技术提供的城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，还可以包括：步骤3.分析最大温度拉应力σmax对温控防裂目标的影响，并采取相应控制措施。优选地，本专利技术提供的城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，还可以具有以下特征：步骤3具体包括如下子步骤：步骤3-1.分析衬砌结构温控防裂资料，特别是分析了解其温控防裂目标与裂缝控制指标、混凝土强度和允许拉应力值、原计算温控措施方案与允许拉应力值；步骤3-2.拉应力值对比分析：将计算出的最大温度拉应力σmax与原计算温控措施方案与允许拉应力值、混凝土允许拉应力值对比，分析检查是否满足要求；步骤3-3.措施方案实时改进优化：根据对比分析结果，如果有富裕(拉应力较小)则优化减轻温控措施(如不进行通水冷却)，如果拉应力超过控制值，则加强温控措施(如加强采用制冷水通水冷却、降低浇筑温度)。优选地，本专利技术提供的城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，当底板衬砌混凝土采用28天龄期设计的强度等级时，需要按照规范换算为90天龄期设计的强度等级；施工期如采用挂帘保温，使得地下洞室空气温度提高，则Ta和Tmin应该采用提高后的洞内空气温度。另外，衬砌混凝土的厚度一般较小，以上通水冷却水管都是单列布置，即公式适用于单列布置通水冷却水管的情况。另外，上述步骤2所提出的公式1是基于对城门洞型底板衬砌混凝土结构及其有关参数的深入研究和分析获得。这里以图3所示溪洛渡泄洪洞无压段城门洞型隧洞底板结构及其有关参数为例进行说明：以该城门洞型隧洞底板结构及其有关参数为基础，并结合国内类似工程，建立如图4所示的三维模型，对各种可能情况(127个方案)进行有限元法仿真计算。基本参数和计算方案见下表1，各方案底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力σmax也列于表1：表1城门洞型隧洞底板衬砌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.收集城门洞型底板衬砌混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.计算城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力σmax：σmax＝﹣0.2695×H－0.125×W+0.237×L+0.035×C+0.033×E+0.1032×TT0－0.0188×Tg－0.1342×Ta－0.1091×(Ta－Tmin)－0.6323/H+0.1752×(Ta－Tmin)/H－0.0006×E

【技术特征摘要】
1.一种城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.收集城门洞型底板衬砌混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.计算城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力σmax：σmax＝﹣0.2695×H－0.125×W+0.237×L+0.035×C+0.033×E+0.1032×TT0－0.0188×Tg－0.1342×Ta－0.1091×(Ta－Tmin)－0.6323/H+0.1752×(Ta－Tmin)/H－0.0006×E2+0.0051×W2+0.0171×H×T0+0.0013×H×Tg+0.0043×E×H+0.0498×H×(Ta－Tmin)+0.6079，上式中：H为底板衬砌混凝土结构的厚度；W为底板宽度；L为分缝长度；E为围岩变形模量；C为底板衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级；T0为底板衬砌混凝土浇筑温度；Ta为底板衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度；Tmin为洞内冬季最低温度；Tg＝35-Tw，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值，在没有通水冷却的情况下取Tw＝35℃，在通水冷却的情况下Tw为通水温度。2.根据权利要求1所述的城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，其特征在于：其中，在步骤1中，收集的计算用资料包括：包含温控防裂设计与计算成果、底板衬砌衬砌混凝土断面尺寸、混凝土强度等级的衬砌结构设...

【专利技术属性】
技术研发人员：段亚辉，樊启祥，段次祎，方朝阳，王雷，刘红霞，
申请(专利权)人：武昌理工学院，中国三峡建设管理有限公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42