浅析水工压力隧洞结构限裂设计研究现状

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析水工压力隧洞结构限裂设计研 究现状 摘要：在水工高压隧洞设计中， 限裂设计是一项比较重要的问题。本文 主要以钢筋混凝土结构裂缝计算理论为 基础，结合衬砌结构的裂缝计算公式， 阐述了水工隧洞砌试验研究现状。结果 发现，对于裂缝宽度计算理论没有统一 的认识，计算公式中都存有不足，故还 需要进一步的研究改善。 中国论文网 /2/view-12908161.htm 关键词：水工压力隧洞；衬砌； 围岩；限裂设计 中图分类号：TV732.3 在水利工程的建设中，引水隧洞 中的衬砌建造的安全性受到了广泛的关 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 注。随着我国经济的不断发展，在水利 工程建设中多为广蓄、天荒坪等多个大 洞径、高埋深引水隧洞。一般来说，高 压隧洞不需要对衬砌结构进行加固，但 对裂缝开展宽度具有一定的限制要求。 在实际的水利工程中，水工高压引水隧 洞得施工条件以及工作机理比较复杂， 因此对于钢筋混凝土衬砌结构裂缝的研 究尚不完善。目前对于普通钢筋混凝土 构件研究也仅限于构件正截面的裂缝宽 度计算。为此本文主要以钢筋混凝土结 构裂缝计算理论为基础，阐述了水工隧 洞砌试验研究现状。 ，为以后限裂设计 的发展提供了依据。 钢筋混凝土结构裂缝计算理论的 研究 影响裂缝开展的因素具有多样化 的特点，因此不能够建立一个标准化的 计算方式。在工程中比较常用的裂缝宽 度计算公式包括：半理论半经验公式， 即以裂缝开展机理推到理论作为基础， 在结合试验材料中的数据，对裂缝宽度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 进行计算；经验计算公式，即以大量 的实测数据资料作为基础，然后利用回 归分析的方式分析出不同参数对开展裂 缝宽度的影响程度，在采用数理统计建 立由主要参数组成经验公式。在我国水 利建设工程中，一般采用第一类公式对 裂缝宽度进行计算。对半经验、半理论 计算公式进行深层次的分析，根据对裂 缝开展机理不同的假设，也可以分为无 粘结滑移理论、粘结滑移理论。 1.1 无粘结滑移理论 无粘结滑移理论是有 Broms 等人 在 20 世纪 60 年代时提出的。他们认为， 混凝土结构存在裂缝并开裂后，混凝土 截面将会呈现局部的不水平，但不会影 响到钢筋与混凝土之间的粘结力。 ，故 可不考虑相对的滑移。此时构建表面裂 缝宽度来源于混凝土的回缩，假若混凝 土保护层的具有较高的厚度，则混凝土 的回缩率会下降。 1.2 粘结滑移理论 粘结滑移理论是由 Saligar R 在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 1936 年提出的，最早作为裂缝计算理论， 后经过完善而成型的。该理论是在轴心 受拉构件的试验结果基础上建立的，此 种理论认为，裂缝的开展来源于钢筋与 混凝土之间相对滑移，故裂缝宽度为裂 缝间距内钢筋与混凝土的变形差。基于 此理论，我国制定了水工钢筋混凝土 结构设计规范 。 1.3 综合理论 综合理论最早是由 Ferry-Borges 所提出的，并对此理论进行了补充完善。 该理论的观点融合了粘结滑移理论和无 滑移理论的核心含义，因此，在学术界 中的认同度较高，因此有较多的国家采 用此理论。 上述三种理论对裂缝产生的机理 和影响裂缝宽度的主要因素等问题认识 的不同，故运用的计算手段也有差异， 造成计算结果也不同。目前国际上通常 采用裂缝计算理论结合数理统计方法计 算裂缝的开展宽度。 在我国，只有水利水电工程以及 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 港口工程中能够接触到裂缝计算理论。 裂缝计算理论能够满足于钢筋混凝土防 渗和钢筋防腐蚀的需求。虽然目前对于 混凝土结构裂缝的研究比较深入，同时 也提出了多种计算理论，但是在学术界 中却不能达到统一的认识。 2、基于结构的裂缝计算公式 水工压力隧洞会受到水压力以及 周围岩体结构的影响，由于具有水压力 的因素，因此衬砌结构中裂缝的计算方 法与一般混凝土结构有所不同。水工压 力隧洞衬砌结构裂缝宽度的计算方法包 括：通过计算开裂两端的位移，进而 推算出裂缝宽度；根据两裂缝之间结 构应变而推断出裂缝开度。以下我们将 简述应用这两种理论的计算公式。 1.1 潘家铮计算公式 此公式更多的是基于围岩与水压 力两个主要因素对衬砌裂缝的影响而设 计的，如衬砌与围岩间接触面的摩擦力、 裂缝间水压力对裂缝的影响等。为了保 证计算公式的准确性，计算公式中将衬 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 砌混凝土视为塑性而非弹性材料。唯一 的不足之处在于，计算公式中没有考虑 钢筋对裂缝影响，并在假设剪应力分布 均匀的基础上而建立的，这与水利工程 实况不完全相同。 1.2 刘秀珍计算公式 此种计算公式较为精确，是基于 弹性地基曲梁结构俄日推断出的衬砌结 构开裂后断面内力公式。在公式中，考 虑了钢筋应力对裂缝扩展的影响，同时 符合衬砌与围岩的变形协调原则。由于 围岩的弹性抗力是随着衬砌与围岩的径 向变形而发生变化的，故计算公式适用 于围岩不开裂的情况下。 综上，目前对于裂缝计算公式还 不能确定出一个统一化的标准，且现有 的计算公式中都存在着一定的不足： 对裂缝性状的分析与假设和工程实际差 异较大;对衬砌开裂后内水外渗现象引 起的水力劈裂作用研究不足; 3、水工隧洞衬砌限裂试验研究 目前，我国对于有压隧洞模型试 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 验的研究还不够全面，大多数的研究理 论趋向于承载力的因素描述，并没有对 裂缝进行全面的研究。例如，一般水电 站中引水隧洞采用钢筋混凝土衬砌仿真 模型试验以及穿黄隧道内外衬联合受力 结构模型试验等方式验证衬砌结构按计 算配筋在设计荷载下的安全性及能承担 的极限荷载。在试验过程中，由于加载 的方式不能采用真是水压力进行加载， 故不能够与工程实况达成一致。而在现 场压水试验中会采用真实水压力进行加 载以验证在设计水压的要求下，隧洞施 工处岩体是否发生水力劈裂和高压渗水, 试验中测量内容具有一定的局限性。 结语 由于影响裂缝宽度的因素比较复 杂，故不能够构建出能够考虑到各种因 素得计算方法。虽然，已经应用相关的 计算理论对裂缝宽度的计算公式进行了 推导，但是公式中都存有一定的缺陷， 不能够满足衬砌结构设计的实际