端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法技术

本发明专利技术提供端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法，包括：步骤1.收集端部自由衬砌板混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.分析确定端部自由板衬砌混凝土温控防裂目标和允许温度应力【σ

Design method of temperature control and crack prevention temperature stress control for end free lining concrete

The invention provides a design method for temperature control and crack prevention temperature stress control of end free lining board concrete, which comprises the following steps: 1. Collecting data for temperature control and crack prevention calculation of end free lining board concrete; 2. Analyzing and determining the temperature control and crack prevention target and allowable temperature stress of end free lining board concrete [\u03c3

【技术实现步骤摘要】
端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法
本专利技术属于工程结构混凝土温控防裂
，具体涉及一种端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法。
技术介绍
裂缝是混凝土的主要病害之一。水利水电工程建设高速发展，水工结构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)。危害性贯穿裂缝的存在，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水工衬砌混凝土(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。一些设计单位参考大坝强约束区混凝土的温控标准提出最高温度控制值(以下称为强约束法)，温控施工方案由施工单位制定。施工单位一般是根据混凝土配合比、运输距离与方式、气温等对拟定混凝土拌合(是否制冷及其措施)和浇筑施工温控(如通水冷却)方案进行衬砌结构混凝土最高温度计算，提出满足设计标准的施工方案。这样做，首先是大坝混凝土的温控标准不能适用薄壁衬砌结构，没有反映混凝土强度、围岩性能、衬砌厚度和结构尺度等差别的影响；其次是施工单位计算衬砌混凝土内部最高温度的误差大，大量系数取值人为性强；两方面的温差可能导致制定的施工方案相距甚远，不能有效实现温度裂缝控制目标。特别是，没有计算分析温度应力。综合以上情况说明，目前水工结构衬砌混凝土施工期温控防裂，没有明确的要求和技术标准；没有简单高精度的设计方法，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；强约束法误差较大，不能计算温度应力；都难以快速有效实现温度裂缝控制目标。此外，由于结构形式(圆形、门洞形、平板等)不同，对于结构内部的约束也会有明显差异，同等温度作用下产生的温度应力也就有明显差异。同样，对于衬砌板式结构，端部自由的边坡衬砌、消力池(包括水垫塘)和溢洪道等端部自由板衬砌、公路路面混凝土等等，与受到围岩或者边墙衬砌混凝土约束的水工隧洞端部自由板衬砌相比，也会由于端部约束条件不同，同等温度作用下产生的温度应力也就有明显差异。所以最大温度拉应力计算公式及其计算结果也会不同，温控防裂措施及其方案设计结果也会不同。例如，溪洛渡泄洪洞，左右岸无压段城门洞型结构和断面大小完全相同，边墙衬砌混凝土都是先浇筑边墙，左岸1#、2#泄洪洞无压段采取边墙与顶拱整体(一次性)浇筑方式，由于顶拱衬砌与边墙是整体，对边墙衬砌有强约束，同时底部直接浇筑至底部岩体也受到岩体约束；右岸3#、4#泄洪洞采取边墙与顶拱分开(2次)浇筑方式，即无压段城门洞型隧洞衬砌结构分3期浇筑：先浇筑边墙，而且不浇筑至底部岩体(底部也自由)；再浇筑顶拱；最后浇筑底板。所以，右岸3#、4#泄洪洞先浇筑的边墙衬砌，顶部、底部、上下游结构分缝4周都是自由端，也是四周端部自由衬砌板(只不过是直立板，不是水平板)。对于左岸1#、2#泄洪洞无压段，由于其属于与顶拱整体(一次性)浇筑方式，顶部受到顶拱约束，底部浇筑至底部岩体也受到岩体约束，可以近似采取专利201910105574.9提出的方法进行温控防裂设计；而对于与顶拱分开(2次)浇筑方式的右岸3#、4#泄洪洞边墙，由于其端部约束条件不同，因此该方法(专利201910105574.9)并不适用，亟需提供一种能够适用于端部自由衬砌板混凝土的温控防裂温度应力控制设计方法。
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端部自由衬砌板混凝土的温控防裂温度应力控制设计方法，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，实时用于优化改进端部自由衬砌板混凝土施工温控措施和温度应力计算，实现温控目标。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端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.收集端部自由衬砌板混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.分析确定端部自由板衬砌混凝土温控防裂目标和允许温度应力【σmax】取值；步骤3.设计温控防裂措施方案，包括如下子步骤：步骤3-1.分析可变量，拟定多个端部自由衬砌板混凝土温控防裂施工措施方案；步骤3-2.计算拟定各温控防裂施工措施方案端部自由衬砌板混凝土施工期最大温度拉应力σmax(MPa)：σmax＝-0.0363×W+0.0465×C+0.0926×E+0.0156×T0-0.0024×Tg+0.1870×ΔT-1.7377+0.0072×H×T0+0.0144×H×E+0.0038×H×Tg-0.0534×H×ΔT-0.1018×H2-0.0019×E2+0.0022×W2-0.3370×1/H-0.0001127×Tg2-0.0016637×Tg×T0+0.00266×T02(公式1)上式中：W为端部自由衬砌板对角线长度(m)；C为端部自由衬砌板混凝土按90天龄期设计的强度等级(MPa)；E为围岩变形模量(GPa)；T0为端部自由衬砌板混凝土浇筑温度(℃)；ΔT为浇筑时洞内气温与冬季洞内最低气温之差(℃)，ΔT＝Ta-Tmin，Ta为端部自由衬砌板混凝土浇筑施工时隧洞内空气温度(℃)，Tmin为洞内冬季最低温度(℃)；H为端部自由衬砌板混凝土结构的厚度(m)；Tg＝35-Tw，表示通水和不通水冷却情况的温度效应值(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1.收集端部自由衬砌板混凝土温控防裂计算用资料；/n步骤2.分析确定端部自由板衬砌混凝土温控防裂目标和允许温度应力【σ

【技术特征摘要】
1.一种端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.收集端部自由衬砌板混凝土温控防裂计算用资料；
步骤2.分析确定端部自由板衬砌混凝土温控防裂目标和允许温度应力【σmax】取值；
步骤3.设计温控防裂措施方案，包括如下子步骤：
步骤3-1.分析可变量，拟定多个端部自由衬砌板混凝土温控防裂施工措施方案；
步骤3-2.计算拟定各温控防裂施工措施方案端部自由衬砌板混凝土施工期最大温度拉应力σmax：
σmax＝-0.0363×W+0.0465×C+0.0926×E+0.0156×T0-0.0024×Tg+0.1870×ΔT-1.7377+0.0072×H×T0+0.0144×H×E+0.0038×H×Tg-0.0534×H×ΔT-0.1018×H2-0.0019×E2+0.0022×W2-0.3370×1/H-0.0001127×Tg2-0.0016637×Tg×T0+0.00266×T02(公式1)
上式中：W为端部自由衬砌板对角线长度；C为端部自由衬砌板混凝土按90天龄期设计的强度等级；E为围岩变形模量；T0为端部自由衬砌板混凝土浇筑温度；ΔT为浇筑时洞内气温与冬季洞内最低气温之差；H为端部自由衬砌板混凝土结构的厚度；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；
步骤3-3.在σmax≤【σmax】的情况下，依据简单实用经济的原则优选措施方案，供施工应用。


2.根据权利要求1所述的端部自由衬砌板混凝土温控防裂温度应力控制设计方法，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、端部自由衬砌板混凝土断面尺寸、混凝土强度等级的端部自由衬砌板混凝土结构设计资料，包含地质条件围岩变形模量、隧洞内气温年...

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