[发明专利]城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法

说明书

本发明提供一种城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法，包括：步骤1.收集城门洞型底板衬砌混凝土温控防裂计算用资料；步骤2.计算城门洞型底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力σ_max＝‑0.2695×H‑0.1250×W+0.2370×L+0.0350×C+0.0330×E+0.1032×T₀‑0.0188×T_g‑0.1342×T_a‑0.1091×(T_a‑T_min)‑0.6323/H+0.1752×(T_a‑T_min)/H‑0.0006×E²+0.0051×W²+0.0171×H×T₀+0.0013×H×T_g+0.0043×E×H+0.0498×H×(T_a‑T_min)+0.6079。

技术领域

本发明属于工程结构混凝土温控防裂技术领域，具体涉及一种城门洞型断面底板衬砌混凝土施工期最大温度拉应力计算方法。

背景技术

裂缝是混凝土的主要病害之一。根据裂缝产生的主导原因，可分为外荷载作用引起的结构性裂缝和变形变化作用引起的非结构性裂缝两大类。变形作用包括温度、干缩湿胀和围岩变形等，其中80％都是温度裂缝。近些年，水利水电工程建设高速发展，地下水工的规模和断面尺寸越来越大，地质等环境条件越来越复杂。随着坝高的增大，泄水的流速越来越高，混凝土强度等级也越高。大断面高强度地下水工衬砌混凝土，只要不采取有效的措施，无一例外地都产生了大量裂缝，而且大多是施工期产生贯穿性的温度裂缝(参见图1和图2)。

地下结构工程长期处在潮湿、干湿交替的环境中工作，危害性裂缝的存在严重影响着工程结构的安全性、施工进度工期、导致渗漏甚至渗透破坏、耐久性和寿命、工程造价和美观，还可能诱发其它病害的发生和发展。

现行有关设计规范对于地下工程衬砌混凝土温度裂缝的控制及其计算方法一般都缺乏明确与具体的规定，也没有明确的温控标准。如《水工混凝土结构设计规范》在4.1.2(3)要求“对使用上要求进行裂缝控制的结构构件，应进行防裂或裂缝宽度验算”，在4.1.8规定“建筑物在施工和运行期间，如温度的变化对建筑物有较大影响时，应进行温度应力计算，并宜采用构造措施和施工措施以消除或减少温度应力。使用中允许出现裂缝的钢筋混凝土结构构件，在计算温度应力时，应考虑裂缝开展而使构件刚度降低的影响”。但没有指明温度应力和温控防裂的计算方法。又如《水工隧洞设计规范》(DL/T5195-2004)仅在11.2.6条要求“温度变化、混凝土干缩和膨胀所产生的应力及灌浆压力对衬砌的影响，宜通过施工措施及构造措施解决。对于高温地区产生的温度应力，应进行专门的研究”。

对使用上要求控制裂缝的部分地下工程衬砌混凝土(如高流速泄洪洞、发电洞引水段等)在施工期的温控防裂设计计算，目前主要采用有限元法。在完成结构设计后，通过大量方案的温度与温度应力的仿真计算分析提出施工温控防裂方案及其现场施工最高温度控制标准。这样做，精度较高，而且可以优化施工温控方案。但需要先进行混凝土配合比和大量性能参数试验，试验和仿真计算需要花费较多的时间；而且需要花费较多的资金；对于没有确定施工配合比和没有试验获得混凝土性能参数时无法进行；不能适用于初步设计阶段和施工中方案快速调整。特别是至今的有关规范没有施工期温控防裂设计的防裂安全系数要求值，如水工隧洞衬砌混凝土温控防裂设计时都是参考大坝设计规范。

综合以上情况说明，目前地下工程衬砌混凝土施工期温度应力计算，有限元法花费时间、费用较多，不能适用于无混凝土试验成果的初步设计阶段和施工中方案快速调整。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于如图3所示的城门洞型隧洞底板结构的衬砌混凝土施工期最大温度拉应力快速计算方法，可在浇筑施工过程中针对发现问题和施工技术、条件等的改变，实时用于优化改进施工温控措施和温度应力计算，实现温控防裂。