[發明專利]端部自由襯砌板混凝土溫控防裂溫度應力控制設計方法

有效

• 申請號: 201910738951.1
• 申請日: 2019-08-12
• 公開（公告）號: CN110532649B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 段亞輝;段次祎;楊思盟;喻鵬
• 申請（專利權）人: 武昌理工學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 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: 俞琳娟

本發明提供端部自由襯砌板混凝土溫控防裂溫度應力控制設計方法，包括：步驟1.收集端部自由襯砌板混凝土溫控防裂計算用資料；步驟2.分析確定端部自由板襯砌混凝土溫控防裂目標和允許溫度應力【σ_max】取值；步驟3.設計溫控防裂措施方案，包括如下子步驟：步驟3?1.分析可變量，擬定多個端部自由襯砌板混凝土溫控防裂施工措施方案；步驟3?2.根據公式1計算擬定各溫控防裂施工措施方案端部自由襯砌板混凝土施工期最大溫度拉應力σ_max；步驟3?3.在σ_max≤【σ_max】的情況下，依據簡單實用經濟的原則優選措施方案，供施工應用。通過本方法對施工溫控措施進行優化改進，能夠有效地實現端部自由襯砌板混凝土的溫控目標。

技術領域

本發明屬于工程結構混凝土溫控防裂技術領域，具體涉及一種端部自由襯砌板混凝土溫控防裂溫度應力控制設計方法。

背景技術

裂縫是混凝土的主要病害之一。水利水電工程建設高速發展，水工結構的規模和斷面尺寸越來越大，地質等環境條件越來越復雜。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。大斷面高強度水工襯砌混凝土，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1和圖2)。危害性貫穿裂縫的存在，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，也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，應進行防裂或裂縫寬度驗算”，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”。但沒有指明溫度應力和溫控防裂的計算方法。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水工襯砌混凝土(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，通過大量方案的溫度與溫度應力的仿真計算分析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，而且可以優化施工溫控方案。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試驗獲得混凝土性能參數時無法進行；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防裂安全系數要求值，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。

一些設計單位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、圍巖性能、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。特別是，沒有計算分析溫度應力。

綜合以上情況說明，目前水工結構襯砌混凝土施工期溫控防裂，沒有明確的要求和技術標準；沒有簡單高精度的設計方法，有限元法花費時間、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；強約束法誤差較大，不能計算溫度應力；都難以快速有效實現溫度裂縫控制目標。