圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法及系统，可客观准确地得到适用于圆形断面衬砌混凝土的温控防裂参数，科学合理地实现温控防裂。本发明专利技术提供的城圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.获取圆形断面衬砌混凝土温控用资料；步骤2.计算各月浇筑圆形断面边墙衬砌混凝土容许基础温差△T＝4.47H‑0.103R‑0.1995L+0.0986C‑0.053E+0.302T

【技术实现步骤摘要】
圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法及系统
本专利技术属于混凝土温控防裂
，具体涉及一种圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法及系统。
技术介绍
裂缝是混凝土的主要病害之一，结构工程中混凝土80％都是温度裂缝。随着水利水电工程建设发展，水工隧洞规模和断面尺寸越来越大，泄水流速和混凝土强度等级越来越高。大断面高强度水工衬砌混凝土，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)。温度裂缝，是受到约束的混凝土在温差作用下的拉伸变形超过极限拉伸值(或者拉应力超过抗拉强度)产生的。为此，避免温度裂缝的方法，一是消除或者减小约束(内部、外部)；二是消除或者减小温差。所以，在经过设计完成后，工程施工中温度裂缝控制的重点是控制温差。大体积混凝土有关设计、施工规程规范，以《混凝土坝温度控制设计规范(NB/T35092-2017)》为例，第8章温度控制标准-8.1温度控制中规定：8.1.1温差标准应包括基础容许温差、新老混凝土容许温差和内外容许温差。8.1.2基础约束区混凝土的基础容许温差应按下列规定选取：当常态混凝土28d龄期的极限拉伸值不低于0.85×10-4、混凝土所用骨料的线膨胀系数与1.0×10-5/℃相差不大、施工质量良好、基岩弹性模量与混凝土弹性模量相近、浇筑块短间歇均匀上升时，常态混凝土基础容许温差可按表1的规定取值。对于碾压混凝土坝类似规定。表1常态混凝土基础容许温差(℃)对以下情况的混凝土基础容许温差应加以论证：1)混凝土所用骨料的线膨胀系数与1.0×10-5/℃相差较大；2)常态混凝土28d龄期的极限拉伸值低于0.85×10-4；3)基岩弹性模量与混凝土弹性模量相差较大；4)采用含氧化镁较多的水泥，试验或者实测资料表明混凝土具有明显的自生体积变形；5)在基础约束范围内长期停歇的浇筑块；6)坝体结构尺寸长宽比大于2.0；7)结构尺寸高长比小于0.5；8)坝高大于200m。水工隧洞衬砌混凝土温控设计和施工，由于水工隧洞等设计、施工规范没有温控标准等规定，三峡、乌东德、向家坝等巨型工程隧洞参考大坝设计规范取强约束区容许基础温差(表1)进行温控。但衬砌结构，厚度小，即第7)条结构尺寸高长比多在0.05～0.1之间，远小于0.5；混凝土强度C25～C60范围大，极限拉伸值有的低于0.85×10-4，也有的远大于0.85×10-4；也由于混凝土强度范围大，经常穿越弹性模量差异大的不同岩性区，基岩弹性模量与混凝土弹性模量相差较大。因此，衬砌混凝土容许基础温差采用大坝规范值存在严重不足的，具体说是没有全面反映衬砌结构尺寸、混凝土强度、岩体弹性模量，以及浇筑期环境温度等的影响。另外，温度裂缝是受到约束的混凝土在温差作用下的拉伸变形超过极限拉伸值(或者拉应力超过抗拉强度)产生的，结构形状和尺寸不同，受到外部约束和内部约束均不同，不同结构形式衬砌混凝土的容许基础温差自然也有差异，所以宜研究提出不同结构形式衬砌混凝土更加精细化的容许基础温差计算方法。如图1城门洞型断面的温度裂缝多发生于边墙，而圆形断面多发生在边顶拱的腰线轴线水平发展(图2)，参见樊启祥、段亚辉著《水工隧洞衬砌混凝土温控防裂创新于实践》。
技术实现思路
本专利技术是为了解决衬砌混凝土容许基础温差采用大坝规范值存在的问题，针对工程中有压隧洞常用的圆形断面，提出圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法及系统。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<方法>如图3所示，本专利技术提供圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.获取圆形断面衬砌混凝土温控用资料；步骤2.计算各月浇筑圆形断面边墙衬砌混凝土容许基础温差△T(℃)：△T＝4.47H-0.103R-0.1995L+0.0986C-0.053E+0.302Ta+11.945(公式1)式中：H为衬砌结构厚度(m)，R为衬砌结构内半径(m)，L为衬砌结构段长度(m)，C为衬砌混凝土90d设计龄期强度等级(MPa)，E为围岩弹性模量(GPa)，Ta为混凝土浇筑期洞内气温(℃)。当衬砌混凝土采用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。优选地，本专利技术提供的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，还可以包括：步骤3.根据容许基础温差△T计算各月浇筑圆形断面衬砌混凝土允许最高温度【Tmax】(℃)。优选地，本专利技术提供的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，采用以下公式计算允许最高温度【Tmax】【Tmax】＝Tmin+△T(公式2)式中，Tmin为洞内冬季最低气温(℃)。由于：1)衬砌混凝土都在隧洞开挖完成数月才浇筑，洞壁围岩温度基本就是洞内气温；2)衬砌结构厚度小，浇筑完成数月后的温度也基本是洞内气温；3)洞内冬季气温最低。因此，可以取洞内冬季最低温度Tmin作为衬砌结构混凝土的准稳定温度。优选地，本专利技术提供的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，施工期如采用封闭洞口保温，使得地下洞室空气温度提高，则Ta应该采用提高后的洞内空气温度。优选地，本专利技术提供的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，还可以具有以下特征：采用控制处理装置执行步骤1和2，让操作员根据提示输入温控用资料，并计算出容许基础温差△T。优选地，本专利技术提供的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，还可以具有以下特征：采用控制处理装置执行步骤3，根据容许基础温差△T计算浇筑圆形断面衬砌混凝土允许最高温度【Tmax】。<系统>进一步，本专利技术还提供圆形断面衬砌混凝土温控防裂控制系统，其特征在于，包括：输入显示部，让操作员根据提示输入收集到的圆形断面衬砌混凝土温控用资料；存储部，对输入的温控用资料进行存储；计算部，基于温控用资料，采用以下公式计算浇筑圆形断面边墙衬砌混凝土容许基础温差△T(℃)：△T＝4.47H-0.103R-0.1995L+0.0986C-0.053E+0.302Ta+11.945(公式1)式中：H为衬砌结构厚度(m)，R为衬砌结构内半径(m)，L为衬砌结构段长度(m)，C为衬砌混凝土90d设计龄期强度等级(MPa)，E为围岩弹性模量(GPa)，Ta为混凝土浇筑期洞内气温(℃)；将圆形断面衬砌结构厚度、内半径、长度、混凝土强度等级、围岩弹性模量、浇筑施工期洞内空气温度代入公式1，即可获得对应该月份浇筑圆形断面衬砌结构混凝土容许基础温差；养护部，根据容许基础温差△T执行相应的养护措施；以及控制部，与输入显示部、存储部、计算部、养护部均通信相连，控制它们的运行。优选地，本专利技术提供的圆形断面衬砌混凝土温控防裂控制系统，还可以具有以下特征：计算部还基于温控用资料，采用以下公式计算浇筑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1.获取圆形断面衬砌混凝土温控用资料；/n步骤2.计算圆形断面衬砌混凝土容许基础温差△T：/n△T＝4.47H-0.103R-0.1995L+0.0986C-0.053E+0.302T

【技术特征摘要】
1.圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.获取圆形断面衬砌混凝土温控用资料；
步骤2.计算圆形断面衬砌混凝土容许基础温差△T：
△T＝4.47H-0.103R-0.1995L+0.0986C-0.053E+0.302Ta+11.945(公式1)
式中：H为衬砌结构厚度，R为衬砌结构内半径，L为衬砌结构段长度，C为衬砌混凝土90d设计龄期强度等级，E为围岩弹性模量，Ta为混凝土浇筑期洞内气温。


2.根据权利要求1所述的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于，还包括：
步骤3.根据容许基础温差△T计算圆形断面衬砌混凝土允许最高温度【Tmax】。


3.根据权利要求2所述的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，采用以下公式计算允许最高温度【Tmax】
【Tmax】＝Tmin+△T(公式2)
式中，Tmin为洞内冬季最低气温。


4.根据权利要求1所述的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，施工期如采用封闭洞口保温，使得地下洞室空气温度提高，则Ta应该采用提高后的洞内空气温度。


5.根据权利要求1所述的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于：
其中，采用控制处理装置执行步骤1和2，让操作员根据提示输入温控用资料，并计算出容许基础温差△T。


6.根据权利要求2或3所述的圆形断面衬砌混凝土温控防裂参数计算方法，其特征在于：
其中，采用控制处理装置执行步骤3，根据容许基础温差△T计算圆形断面衬砌混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：段亚辉，杜洪艳，段次祎，王雷，苗婷，
申请(专利权)人：武昌理工学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42