本文關鍵詞：水工高壓隧洞襯砌計算方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著大量引水式電站和抽水蓄能電站的相繼建設,需要興建越來越多的高水頭大直徑壓力隧洞。高壓隧洞能否合理運行與其襯砌型式和分析方法密切相關。選擇合適的襯砌型式,采用合理的襯砌分析理論對高壓隧洞襯砌進行設計分析十分重要。本文以某水工隧洞為原型,分別基于面力理論和體力理論對高壓隧洞鋼筋混凝土襯砌進行配筋計算,研究兩種理論下高壓隧洞鋼筋混凝土襯砌配筋的合理性；另外,選用鋼板襯砌時對軟弱圍巖高壓隧洞進行彈塑性有限元分析,并對不同襯砌型式的計算結果進行了對比。主要工作和得出的結論如下：(1)簡要介紹了水工隧洞結構的研究現(xiàn)狀,并分析對比了高壓隧洞鋼筋混凝土襯砌和鋼板襯砌的計算分析方法。利用有限元軟件模擬了云南依薩河水電站的鋼襯鋼筋混凝土壓力管道受力和變形情況,與試驗吻合良好的數(shù)值結果說明了有限元方法能夠模擬混凝土彈性-塑性-開裂和鋼材彈性-塑性-屈服,直至結構喪失承載能力而破壞的整個過程。相比于解析方法,更能反映結構實際的受力和變形。(2)對某水工隧洞分別在62m及200m水頭下進行襯砌配筋分析,結果發(fā)現(xiàn)：面力理論較適合于中低水頭隧洞混凝土襯砌的配筋設計�；诿媪υO計理論對高壓隧洞襯砌進行配筋時,為滿足限裂設計要求所需配筋面積過多,不適用于高壓隧洞鋼筋混凝土襯砌的配筋計算,應當將內水壓力作為一種體積力,按體力理論進行分析配筋。(3)基于體力理論對高壓隧洞鋼筋混凝土襯砌配筋,計算結果發(fā)現(xiàn)：圍巖承擔了絕大部分荷載,襯砌只承擔了小部分荷載；僅通過增大配筋面積來降低鋼筋應力和裂縫寬度作用有限,而圍巖滲透性能對襯砌配筋計算結果影響顯著,因此應當通過固結灌漿等措施提高圍巖完整性、彈性抗力和抗?jié)B性能。(4)選用鋼板加上回填混凝土來襯砌隧洞時并對其進行彈塑性有限元分析,發(fā)現(xiàn)在200m水頭作用下回填混凝土已完全開裂,開裂后的混凝土基本不能承擔環(huán)向拉應力,但仍能傳遞內壓,大部分內水荷載由鋼襯和圍巖承擔；鋼襯能夠有效防止?jié)B漏問題。對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖建議考慮鋼板襯砌,以避免后期因滲漏問題影響電站運行。(5)鋼襯、回填混凝土及圍巖之間的初始縫隙對鋼襯的應力影響較大,因此在施工過程中需要保證回填灌漿質量,以盡量減小初始縫隙。最后,對本文主要研究成果進行了總結,并對后續(xù)工作進行了展望。
【關鍵詞】：高壓隧洞 鋼筋混凝土襯砌 面力理論 體力理論 鋼板襯砌
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV554
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 國內外研究進展與現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 壓力隧洞設計準則10-11
• 1.2.2 鋼筋混凝土襯砌計算分析理論11-12
• 1.2.3 內外水壓力分析處理12
• 1.2.4 鋼筋混凝土襯砌分析計算方法12-13
• 1.2.5 鋼板襯砌分析計算方法13-14
• 1.3 本文主要內容14-16
• 2 水工隧洞非線性有限元分析的基本原理16-25
• 2.1 材料本構關系16-18
• 2.2 混凝土破壞理論18-19
• 2.3 混凝土裂縫模型及鋼筋的模擬19
• 2.4 非線性有限元模型的數(shù)值實現(xiàn)19-21
• 2.4.1 非線性方程組的求解方法19-20
• 2.4.2 收斂準則20-21
• 2.5 ANSYS軟件及SOLID65單元21-24
• 2.5.1 ANSYS軟件簡介21
• 2.5.2 SOLID65單元性質21-24
• 2.6 本章小結24-25
• 3 依薩河二級水電站鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的模擬與分析25-39
• 3.1 項目概況25-26
• 3.2 結構模型試驗26-28
• 3.2.1 模型試驗設計與制作26-27
• 3.2.2 模型試驗結果與分析27-28
• 3.3 三維非線性有限元分析28-36
• 3.3.1 計算模型28-29
• 3.3.2 結果及分析29-36
• 3.4 綜合對比分析36-39
• 4 隧洞鋼筋混凝土襯砌計算及結果分析39-60
• 4.1 研究思路及工程概況39-40
• 4.1.1 研究思路39
• 4.1.2 工程概況39-40
• 4.2 基于面力理論的襯砌計算及結果分析40-48
• 4.2.1 基本假定40
• 4.2.2 計算荷載40-41
• 4.2.3 計算模型41
• 4.2.4 素混凝土襯砌線彈性有限元分析41-43
• 4.2.5 雙層鋼筋混凝土襯砌非線性有限元分析43-48
• 4.3 基于體力理論的襯砌計算及結果分析48-58
• 4.3.1 基本假設及符號規(guī)定48-49
• 4.3.2 無松動圈時襯砌結構計算及分析49-54
• 4.3.3 考慮圍巖松動圈的襯砌結構計算及分析54-58
• 4.4 小結58-60
• 5 隧洞鋼板襯砌計算及結果分析60-70
• 5.1 規(guī)范方法60-65
• 5.1.1 承受內壓強度計算61-63
• 5.1.2 抗外壓穩(wěn)定計算63-65
• 5.2 有限元彈塑性分析65-68
• 5.2.1 計算模型65-66
• 5.2.2 計算荷載及工況66-67
• 5.2.3 結果及分析67-68
• 5.3 小結68-70
• 6 總結與展望70-72
• 6.1 總結70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻72-75
• 致謝75-76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：438484