沉管隧道管段施工期溫度應(yīng)力仿真分析研究.pdf

1、沉管隧道管段預制時因溫度、干縮等因素變化引起的裂縫會嚴重地危害沉管隧逆的水密性、安全性和耐久性。為此，必須進行溫度、裂縫控制設(shè)計以減少或消除影響隧道安全運營的有害裂縫。管段的溫度和裂縫控制設(shè)計達到防止有害裂縫產(chǎn)生的依據(jù)是溫度徐變應(yīng)力小于各齡期的抗拉強度。因此，開展管段施工期溫度場和溫度徐變應(yīng)力場仿真分析的研究具有重要應(yīng)用價值。本文以寧波常洪隧道為工程背景，研究了求解管段施工期非穩(wěn)態(tài)溫度場和溫度徐變應(yīng)力場的計算方法。提出了一個

2、適合于求解非穩(wěn)態(tài)溫度場的穩(wěn)定性較好的有限元直接積分法，一個適合于求解水管冷卻問題的有限元子結(jié)構(gòu)法及一個基于非線性彈性理論、線性徐變理論和初應(yīng)變法的增量型有限元法?；谏鲜隼碚摵头椒?，編制了一個仿真分析軟件，該軟件能夠模擬施工過程，即各澆筑層彈性模量、徐變度、絕熱溫升之間的差異，以及混凝土彈性模量、徐變度、絕熱溫升、初始溫度、環(huán)境溫度、表面放熱系數(shù)、水管冷卻參數(shù)等因素的變化。用該軟件計算了常洪隧道某管段施工期溫度場和溫度徐變應(yīng)力

3、場，得到了它們的時空變化規(guī)律。本文還研究了水管冷卻、冷卻高度、冷卻水流量、停歇澆筑時間等因素對溫度場和溫度徐變應(yīng)力場的影響規(guī)律。簡單介紹了仿真分析軟件的組成、功能和使用。針對混凝土熱力學性能指標的影響因素，提出了有關(guān)混凝土熱力學性能指標的經(jīng)驗公式以及估算混凝土熱力學性能指標的計算公式。最后，在定性分析溫度裂縫、干縮裂縫產(chǎn)生的機理的基礎(chǔ)上，從原材料的選取、工程措施、施工監(jiān)測與管理等幾個方面提出了管段預制時溫度和干縮裂縫控制的綜

4、合措施。通過以上研究，使求解非氫態(tài)溫度場、水管冷卻作用下的非穩(wěn)態(tài)溫度場和溫度徐變應(yīng)力場的計算理論得到了進一步完善。利用本文開發(fā)的仿真分析軟件可以解決管段施工期非穩(wěn)態(tài)溫度場和溫度徐變應(yīng)力場的計算問題。仿真計算結(jié)果表明，水管冷卻對于防止底板底部產(chǎn)生貫穿性裂縫的效果是明顯的，施工參數(shù)、徐變度、彈性模量等對溫度場和溫度徐變應(yīng)力場均有一定程度的影響。關(guān)鍵詞　沉管隧道；水管冷卻；應(yīng)力場；溫度場；彈性；非線性；非穩(wěn)態(tài)；徐變；仿真分析；有限