在水工隧洞設(shè)計(jì)中,經(jīng)常遇到有壓隧洞在溫度荷載和均勻內(nèi)水壓力聯(lián)合作用下的應(yīng)力計(jì)算問(wèn)題。尤其在近些年發(fā)展起來(lái)的抽水蓄能電站和引水式電站,其洞徑往往較大、地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜、深埋較深,因此溫度應(yīng)力計(jì)算問(wèn)題變的更為突出。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)大體積混凝土工程的溫度應(yīng)力研究較為重視,理論也日漸成熟,但是對(duì)于隧洞混凝土襯砌這種薄壁形結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力研究較少,也沒(méi)有得到足夠的重視。并且目前規(guī)范中也沒(méi)有給出具體溫度應(yīng)力的計(jì)算方法,然而在實(shí)際工程中卻發(fā)現(xiàn)許多混凝土襯砌,出現(xiàn)了由于溫度應(yīng)力而引起的裂縫。特別是對(duì)于有壓引水隧洞,在溫度應(yīng)力與內(nèi)水壓力聯(lián)合作用下會(huì)引起應(yīng)力疊加,會(huì)使得隧洞襯砌的總應(yīng)力水平提高,從而影響隧洞的安全穩(wěn)定性,因此對(duì)于有壓引水隧洞溫度應(yīng)力的計(jì)算需給予重視。本文主要采用有限元法針對(duì)工程地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖等級(jí)較低、隧洞直徑較大的有壓引水隧洞進(jìn)行應(yīng)力分析。并詳細(xì)分析了隧洞在施工期和正常運(yùn)行期,由溫度場(chǎng)所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力對(duì)襯砌應(yīng)力極值的影響。具體做法為:首先對(duì)隧洞的工程資料進(jìn)行分析,確定溫度和應(yīng)力的初始條件及邊界條件;然后通過(guò)ANSYS有限元分析軟件,計(jì)算出襯砌在施工期考慮混凝土水化熱和洞內(nèi)氣溫影響條件下的應(yīng)力... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)模塊關(guān)系圖

由于本例中需要設(shè)計(jì)的計(jì)算有變形分析、應(yīng)力分析和熱分析，在混凝土襯砌瞬態(tài)熱分析中，襯砌內(nèi)部的溫度梯度變化不大，對(duì)內(nèi)部網(wǎng)單元要求不是很大，因此襯砌網(wǎng)格劃分時(shí)候不要考慮內(nèi)部網(wǎng)格尺寸的加密。綜合考慮各分析項(xiàng)后，對(duì)隧洞整體網(wǎng)格模型進(jìn)行設(shè)置，全局網(wǎng)格控制的結(jié)構(gòu)分析項(xiàng)設(shè)置為物理優(yōu)先。由于圍巖上面的巖層和土層，對(duì)隧洞只帶來(lái)的自重所產(chǎn)生應(yīng)力，且不參與瞬態(tài)熱分析，因此劃分這兩組模型的網(wǎng)格時(shí)采用六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸設(shè)置為默認(rèn)值。而圍巖和襯砌的模型需要進(jìn)行應(yīng)力分析和熱分析，需要對(duì)模型進(jìn)行詳細(xì)的網(wǎng)格設(shè)置。因此，需要分別添加圍巖和襯砌的體網(wǎng)格尺寸和劃分方法。圍巖網(wǎng)格采用四面體網(wǎng)格劃分法，圍巖的網(wǎng)格最小尺寸為 1m。由于圍巖與襯砌接觸面會(huì)發(fā)生熱交換和應(yīng)變，因此需要加密圍巖與襯砌接觸面上的網(wǎng)格。具體通過(guò)添加圍巖與襯砌接觸面設(shè)置膨脹層來(lái)完成，在襯砌外表面設(shè)置的膨脹層為 6 層，增長(zhǎng)率為 1.3倍。襯砌的網(wǎng)格采用六面體網(wǎng)格法劃分，襯砌的最小尺寸設(shè)置為 0.1m。為襯砌與水體（氣體）接觸面添加膨脹層，設(shè)置值為 3 層，增長(zhǎng)率為 1.1 倍。水體（氣體）采用自動(dòng)化網(wǎng)格劃分，隧洞整體有限元模型如圖 3 (a)所示，襯砌有限元模型如圖 3 (b)所示。

全日制工程碩士學(xué)位論文第 5 章 有限元計(jì)算成果分析5.1 位移分析5.1.1 施工期位移分析施工期襯砌水平位移分布云圖如圖 4(a)和圖 5(a)所示，方向指向隧洞中心為負(fù)反之為正�？梢钥闯鏊轿灰谱畲笾蛋l(fā)生在襯砌左右兩側(cè)，工況 1 施工期忽略溫度應(yīng)力時(shí)的最大值為 1.0611mm，工況 2 考慮溫度應(yīng)力最大值為 3.6809mm，最大值相差為 2.6198mm。垂直位移分布云圖見(jiàn)圖 4(b)和圖 5(b)，最大值發(fā)生在襯砌頂部位置，工況 1 忽略溫度應(yīng)力最大值為 2.7085mm，工況 2 考慮溫度應(yīng)力最大值為 5.8141mm，最大值相差為 3.1056mm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]高水頭引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)非線性有限元分析[D]. 王小軍.西安理工大學(xué) 2010
[4]溫變條件下混凝土溫度應(yīng)力變化規(guī)律研究[D]. 劉紅洋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[5]圓形壓力隧洞彈塑性應(yīng)力和位移分析[D]. 張常光.長(zhǎng)安大學(xué) 2008
[6]瀑布溝水電站泄洪洞出口段開(kāi)挖變形及穩(wěn)定性非線性有限元分析[D]. 滕麗.四川大學(xué) 2003



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