常規(guī)雙層襯砌輸水隧洞應(yīng)用廣泛,但隨著輸水隧洞工程對(duì)內(nèi)水壓設(shè)計(jì)要求不斷提高,雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式在高內(nèi)水壓下不可避免地發(fā)生內(nèi)襯開裂、管片接頭張開導(dǎo)致內(nèi)水外滲或外水內(nèi)滲等病害。為探究多層襯砌內(nèi)水壓作用下的力學(xué)特性,本文依托復(fù)合襯砌輸水隧洞接頭試驗(yàn),驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可靠性。同時(shí)采用同樣的參數(shù)應(yīng)用于珠三角水資源配置工程中的新型三層襯砌結(jié)構(gòu)形式,研究其中聯(lián)合受力和分開受力兩種結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)水壓承載性能和破壞形式,并與傳統(tǒng)雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比分析。并在此基礎(chǔ)上對(duì)不同圍巖條件和鋼套筒厚度進(jìn)行討論。本文主要工作和研究成果總結(jié)如下:(1)采用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)南水北調(diào)中線總干渠穿越黃河的隧洞的接頭試驗(yàn)和復(fù)合襯砌管片接頭結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行重現(xiàn):單獨(dú)施作內(nèi)襯承擔(dān)外水土壓力和復(fù)合襯砌共同承擔(dān)內(nèi)水壓力。通過混凝土應(yīng)變、接縫張開量、螺栓應(yīng)力變化等與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,證明了數(shù)值分析方法的可靠性。(2)依托珠三角水資源配置工程,建立了“1個(gè)整環(huán)+2個(gè)半環(huán)”的新型三層襯砌(聯(lián)合受力和分開受力)結(jié)構(gòu)形式精細(xì)有限元模型,探究其內(nèi)水壓作用下的力學(xué)特性和變形機(jī)理。根據(jù)內(nèi)水壓作用下,輸水隧洞混凝土裂縫開展和各結(jié)構(gòu)分擔(dān)內(nèi)水壓比例變化分析得出,自密實(shí)混凝土內(nèi)襯發(fā)生開裂區(qū)域貫穿時(shí)剛好對(duì)應(yīng)自密實(shí)混凝土分擔(dān)內(nèi)水壓驟降,管片、自密實(shí)混凝土、鋼套筒內(nèi)力重分配的階段,說明輸水隧洞結(jié)構(gòu)內(nèi)水壓達(dá)到極限承載力。(3)選取常規(guī)雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式和新型三層襯砌結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比,分別是:混凝土內(nèi)襯開裂區(qū)域比例對(duì)比,內(nèi)水壓承載性能對(duì)比,內(nèi)水壓分擔(dān)比例對(duì)比分析,以此分析新型三層襯砌結(jié)構(gòu)形式在內(nèi)水壓承載性能和控制混凝土開裂方面的優(yōu)越性,并總結(jié)說明不同結(jié)構(gòu)形式的輸水隧洞內(nèi)水壓適用性。(4)根據(jù)珠三角水資源配置工程沿線地質(zhì)情況復(fù)雜,鋼套筒受內(nèi)水壓作用下抗拉強(qiáng)度富余量較大的實(shí)際情況。探討不同地層抗力系數(shù)和不同鋼套筒厚度對(duì)新型三層襯砌(聯(lián)合受力)結(jié)構(gòu)形式內(nèi)水壓承載力的影響,研究成果可為三層襯砌結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV672.1
【部分圖文】：

方向共布置 16 根 25 mm 的 HRB335 鋼筋，滿后，在內(nèi)襯上施加一對(duì)水平千斤頂作用力力。此時(shí)雙層襯砌上共作用有三對(duì)可獨(dú)立控圖 2-3 接頭受力示意圖.2mφ7.4m手孔.0mPN1外管片內(nèi)襯N2N1AH1≈0.5LpQa直徑 25mm內(nèi)襯鋼筋

b）圖 2-9 荷載模式及邊界條件管片單獨(dú)承擔(dān)隧洞外部水土壓力作用的接頭試驗(yàn)，施工步驟分筋混凝土管片、橡膠止水墊、鋼筋、縱向直螺栓、邊界和接觸條；（2）按照表 2-1 管片接頭荷載試驗(yàn)加載等級(jí)表施加 N1，和 P。進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，采用牛頓拉普森迭代方法，并采用能量收斂準(zhǔn)數(shù)值模擬中管片混凝土應(yīng)變 是外管片單獨(dú)承擔(dān)隧洞外部水土壓力時(shí)，在不同加載等級(jí)下，管化曲線。在負(fù)偏心距情況下，管片內(nèi)弧面受壓，中軸面以上混凝壓應(yīng)力峰值出現(xiàn)在手孔側(cè)肋，手孔對(duì)管片有較大幅度剛度削弱級(jí) 9（N1=1400 kN，P=92 kN）至加載等級(jí) 12（N1=1900 kN，P片混凝土對(duì)應(yīng)手孔附近（#10）處應(yīng)變呈加速增長(zhǎng)階段。在最大0kN，P=123kN，M=342 kN·m），對(duì)應(yīng)手孔附近（#10）應(yīng)變最

圖 2-10 管片側(cè)面混凝土應(yīng)變隨管片截面高度變化曲線應(yīng)變片沿內(nèi)弧面縱向布置（圖 2-11），負(fù)偏心距情況下，內(nèi)弧面受壓（負(fù)值），手孔附近處應(yīng)變最�。�#15、l7），中間與兩側(cè)應(yīng)變最大，應(yīng)變曲線呈 M 形對(duì)稱分應(yīng)變分布說明，手孔對(duì)端部剛度具有較大的削弱作用，#18、#16、#14 處剛度較剛度分配原則，所產(chǎn)生的壓應(yīng)變也會(huì)更大。因此#15#、#17 處應(yīng)變片讀數(shù)更小當(dāng)加載等級(jí) 12（N1=1700kN，P=111 kN，M=342 kN·m）至加載等級(jí) 14（N1=1900k123 kN，M=342 kN·m），有限元數(shù)值模擬計(jì)算所得的混凝土應(yīng)變與實(shí)驗(yàn)混凝土應(yīng)誤差，達(dá) 200×10-6。通過對(duì)比數(shù)值分析及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的豎向直徑變形-荷載曲線的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，結(jié)到的混凝土應(yīng)變總是大于數(shù)值分析結(jié)果，其中的主要原因是，試驗(yàn)過程中管片作用下接頭處混凝土與鋼筋在交界面處可能發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，而有限元模型中混凝土元節(jié)點(diǎn)耦合，能進(jìn)一步限制管片接頭處的壓應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)。#18

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2824932