[發明專利]一種用于門洞形斷面結構襯砌混凝土溫控防裂設計計算方法

有效

• 申請號: 201510713721.1
• 申請日: 2015-10-28
• 公開（公告）號: CN105672187B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 段亞輝;樊啟祥
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00;G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 溫珊姍

技術領域

本發明涉及工程結構混凝土溫控防裂技術領域，具體的說是一種用于門洞形斷面結構襯砌混凝土溫控防裂設計計算方法。

背景技術

裂縫是混凝土的主要病害之一，著名的水電專家潘家錚院士斷言“世界上沒有無裂縫的水壩”。根據裂縫產生的主導原因，可分為外荷載作用引起的結構性裂縫和變形變化作用引起的非結構性裂縫兩大類。變形作用包括溫度、干縮濕脹和圍巖變形等，其中80％都是溫度裂縫。例如，隨著水利水電工程建設發展，地下水工的規模和斷面尺寸越來越大，西部開發地質等環境條件越來越復雜，而且隨著壩高的增大泄水的流速越來越高，混凝土強度等級也越高，近些年建設的大斷面高強度地下水工襯砌混凝土，只要不采取有效的措施，無一例外地都產生了大量裂縫，而且大多是施工期產生貫穿性的溫度裂縫(參見圖1a和圖1b)。

地下結構工程長期處在潮濕、干濕交替的環境中工作，危害性裂縫的存在嚴重影響著工程結構的安全性、施工進度工期、導致滲漏甚至滲透破壞、耐久性和壽命、工程造價和美觀，還可能誘發其它病害的發生和發展。

現行有關設計規范對于地下工程襯砌混凝土溫度裂縫的控制及其計算方法一般都缺乏明確與具體的規定，沒有明確的溫控標準。如《水工混凝土結構設計規范》在4.1.2(3)要求“對使用上要求進行裂縫控制的結構構件，應進行抗裂或裂縫寬度驗算”，在4.1.8規定“建筑物在施工和運行期間，如溫度的變化對建筑物有較大影響時，應進行溫度應力計算，并宜采用構造措施和施工措施以消除或減少溫度應力。使用中允許出現裂縫的鋼筋混凝土結構構件，在計算溫度應力時，應考慮裂縫開展而使構件剛度降低的影響”。在4.3.2規定“鋼筋混凝土結構構件設計時，應根據使用要求進行不同的裂縫控制驗算。(1)抗裂驗算：承受水壓的軸心受拉構件、小偏心受拉構件以及發生裂縫后會引起嚴重滲漏的其它構件，應進行抗裂驗算。如有可靠防滲措施或不影響正常使用時，也可不進行抗裂驗算”。但沒有指明抗裂計算方法，也沒有溫控標準。又如《水工隧洞設計規范》(DL/T5195-2004)僅在11.2.6條要求“溫度變化、混凝土干縮和膨脹所產生的應力及灌漿壓力對襯砌的影響，宜通過施工措施及構造措施解決。對于高溫地區產生的溫度應力，應進行專門的研究”。

對使用上要求控制裂縫的部分地下工程襯砌混凝土(如高流速泄洪洞、發電洞引水段等)在施工期的溫控防裂設計計算，目前主要采用有限元法。在完成結構設計后，通過大量方案的仿真計算提出施工溫控防裂方案及其現場施工最高溫度控制標準。這樣做，精度較高，而且可以優化施工方案。但需要先進行混凝土配合比和大量性能參數試驗，試驗和仿真計算需要花費較多的時間；而且需要花費較多的資金；對于沒有確定施工配合比和沒有混凝土性能試驗時無法進行；不能適用于初步設計階段和施工中方案快速調整。特別是至今的有關規范沒有施工期溫控防裂設計的抗裂安全系數要求值，如水工隧洞襯砌混凝土溫控防裂設計時都是參考大壩設計規范。

多數設計單位是參考大壩強約束區混凝土的溫控標準提出最高溫度控制值(以下稱為強約束法)，溫控施工方案由施工單位制定。施工單位一般是根據混凝土配合比、運輸距離與方式、氣溫等對擬定混凝土拌合(是否制冷及其措施)和澆筑施工溫控(如通水冷卻)方案進行襯砌結構混凝土最高溫度計算，提出滿足設計標準的施工方案。這樣做，首先是大壩混凝土的溫控標準不能適用薄壁襯砌結構，沒有反映混凝土強度、圍巖類別、襯砌厚度和結構尺度等差別的影響；其次是施工單位計算襯砌混凝土內部最高溫度的誤差大，大量系數取值人為性強；兩方面的溫差可能導致制定的施工方案相距甚遠，不能有效實現溫度裂縫控制目標。

綜合以上情況說明，目前地下工程襯砌混凝土施工期溫控防裂，沒有明確的要求和技術標準；現有設計計算方法有的花費時間、費用較多，不能適用于無混凝土試驗成果的初步設計階段和施工中方案快速調整；有的誤差較大，不能有效實現溫度裂縫控制目標。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提出一種用于門洞形斷面結構襯砌混凝土溫控防裂設計計算方法，可在澆筑施工過程中針對發現問題和施工技術、條件等的改變，不斷實時優化改進施工溫控措施，實現溫控目標。

為了解決上述技術問題，本發明以溪洛渡水電站水工隧洞門洞形斷面結構襯砌混凝土200多倉現場溫控觀測和裂縫檢查成果為基礎，采用如下技術方案進行研究。

一種用于門洞形斷面結構襯砌混凝土溫控防裂設計計算方法，包括如下步驟：

(1)確定溫控防裂目標；

(2)計算允許最高溫度【T_max】；