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基于观测数据的环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

作　者: 崔诗慧
导　师: 亢景付
学　校: 天津大学
专　业: 建筑材料
关键词: 水工结构预应力效果实验研究预应力混凝土衬砌观测仪器
分类号: TV554
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

黄河小浪底排沙洞是我国首条采用无粘结双圈环绕预应力混凝土衬砌这种结构形式的水工隧洞,这种新型结构比传统有粘结预应力混凝土衬砌具有施工简单,且同样抗渗防裂效果好的特点。在施工阶段,小浪底排沙洞埋设了混凝土应变计、钢筋计、无应力计、锚索测力计、测缝计、多点位移计、渗压计等160只观测仪器。小浪底排沙洞从1998年3月施工,1999年6月达到全部运行条件,使用至今已十余年。在这期间,埋设的观测仪器采集了大量的观测数据。本文结合小浪底排沙洞工程,对锚索张拉阶段的预应力效果和混凝土的徐变以及运行阶段的温度和内水压力变化对混凝土衬砌的影响进行了研究。锚索张拉阶段通过合理的建立锚索张拉程序和数据采集制度,将混凝土的弹性应变、混凝土的徐变、预应力损失造成的应变从实测总应变分离出来,从而分析混凝土中建立的预压应力。运行阶段通过对观测数据进行数理统计得到温度和内水压变化对混凝土衬砌的影响。研究结果表明:(1)锚索张拉阶段,混凝土应变计测得的总应变中,混凝土的徐变占弹性应变的20%~30%,所以在分析预应力效果时,不能直接使用混凝土应变计的测量数据。(2)混凝土的徐变变化近似的与应力和持荷时间成正比,即ε=ασt。但分析结果显示其中系数α不是一个常数,而是与应力状态和约束条件有关的一个变量。(3)锚索张拉完毕后,除锚具槽处以外,混凝土衬砌中建立了较为均匀的预压应力。浇筑块端部的预应力平均值为-8MPa,中部的平均值为-6.7MPa。相比较而言,浇筑块中部建立的预压应力比浇筑块端部建立的预压应力更为均匀。(4)在排沙洞运行期间,混凝土中的压应变和温度压应力随着温度的升高而增加,随着温度的降低而减小。此规律在浇筑块的端部和衬砌的内侧更为明显。在分析时间段内,混凝土衬砌产生了最大-2.57MPa的温度应力,所以应对温度变化对结构的影响有足够的重视。(5)在排沙洞运行期间,混凝土中的压应变随着水头的增高而减小,随着水头的减小而增高。水头变化对混凝土衬砌不同部位的影响程度也不同,对浇筑块端部的影响大于浇筑块中部,平均水头每升高1m,混凝土衬砌减少0.38×10-6的压应变。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题研究的背景及意义  7-8
  1.2 预应力混凝土衬砌结构的应用和研究现状  8-10
  1.3 本文主要研究内容  10-12
第二章基于观测资料的数据分析方法  12-18
  2.1 混凝土应变计  12-15
  2.2 钢筋计  15
  2.3 无应力计  15-16
  2.4 锚索测力计  16-17
  2.5 小结  17-18
第三章混凝土衬砌的预应力效果分析  18-48
  3.1 概述  18-21
  3.2 预应力施加过程中的应力、应变变化  21-43
    3.2.1 混凝土的自由变形  21-22
    3.2.2 混凝土中的应力、应变变化  22-30
    3.2.3 钢筋中的应力、应变变化  30-40
    3.2.4 锚索测力计的测值分析  40-43
  3.3 混凝土的徐变分析  43-45
    3.3.1 应力水平对混凝徐变的影响  43-44
    3.3.2 约束条件对混凝土徐变的影响  44-45
  3.4 预应力效果分析  45-48
  3.5 小结  48
第四章运行期间混凝土衬砌中的应力状态分析  48-64
  4.1 概述  50
  4.2 温度对混凝土衬砌的影响  50-60
  4.3 水压力对混凝土衬砌的影响  60-62
  4.4 小结  62-64
第五章结论与展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

基于观测数据的环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

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