井壁混凝土在早期荷载作用下的损伤劣化研究

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1、第4期陈志敏等：井壁混凝土在早期荷载作用下的损伤劣化研究壁的重要依据．井壁的外载可分为：自重、永久地1．2混凝土应力分析压，温度应力，水平附加力、竖向附加力、冻结压力、1．2．1应力叠加原理地震荷载等．而井壁在施工期间最可能承受的早期在弹性力学中这样描述应力叠加原理，在小变荷载则包括自重、永久地压、温度应力、冻结压力等形线弹性情况下，作用在物体上的几组荷载产生的四个方面．总效应(应力和变形)，等于每组荷载作用效应的1)自重总和．由井壁自重荷载引起的自重应力由下式计算：1．2．2空间轴对称问题的弹性力学解答yH平衡微分方程：

2、g式中——自重应力，kPa；+++：0OrOzr一——井壁重力密度，一般取25kN／m；O0-z"i"zr日——计算深度，mOr+++=0r一2)永久地压几何方程：永久地压是指水与土体对井壁的侧向压力．dM，uOw在深厚表土层中计算水平地压最常用的是经验公式sr一(2)(即重液公式)：OwOu+P：KH式中K——系数，我国取K=0．01～0．013；物理方程：日——计算点深度，mrE(I拶)J该公式的背景是在深厚表土层中采用钻井法施工时，用密度1．05～1．2t／m的水泥浆护壁可长时南(I一)J间保持土壁不塌帮，在已建成的

3、表土层中井壁尚无(3)因水平地压作用而失稳的例子，从而证明了该公式(I+：)J的可行性．E3)温度应力而yn在冻结井筒施工期间，现浇混凝土井壁时，混凝式(3)中，=s，+s+,fl：，称之为体积应变．土温度变化量可达40℃～50cI=．这些温度的差异用位移作为基本未知量求解空间轴对称问题，必然会在井壁中引起自生温度应力和约束温度应必须使以应力表示的平衡微分方程用位移分量表力．温度应力是导致井壁混凝土产生裂缝的主要原示．将式(2)代人到式(3)，然后再代入到式(1)，可因之一．不少文献中也有关于温度应力的实测分以得到空间轴对

4、称柱坐标形式的拉梅方程(4)．析．鉴于温度应力和冻结压力相同，都是使井壁混凝土产生径向应力与环向应力．所以，温度应力2(1+)(＼1一2vOr¨’。i．2)／。J0(4)可与冻结压力用同一公式考虑．2(1+)(I1一2vOz¨。⋯)／．04)冻结压力式(4)中，V=O2施工期间冻结壁作用于井壁上的侧压力称为冻Or+÷rOr+Oz2结压力，冻结压力是控制外壁厚度的关键荷载．在具体求解时，要借助=F拉甫(Love)位移函数由于影响冻结压力的因素很多，尚未获得诸参(r，)，并使得数间的函数关系，故很难用计算方法获得冻结压力1值，

5、一般参照已有的实测结果根据地质条件与工程一条件选取经验值．实测结果表明，在黏土层中冻=麦[2(1V一等(5)结压力较大，故在确定最大冻结压力时，应比较最深土层的冻结压力和最深黏土层的冻结压力值，取其若不计体力，即fr=fz=0(有体力时，可另取特大者．解，再叠加即可)．将式(5)代入无体力时的方程16北京建筑工程学院学报(4)中，可见第一式自动满足，第二式变为：I)VV(r，)=0(6)式中，=熹+÷+一(a2+1)(10)由此，空间轴对称位移解法归结为在给定的边：0界条件下求解双调和方程(6)．在求得拉甫位移函=0数后，

6、还可以求得相应的应力分量表达式为(7)．4)应力叠加在小变形、线性弹性本构方程的前提条件下，叠鼍(一事加原理可以成立，最终结果见式(11)．==(V一÷杀)，bz(la2—1)J(koz+Po)(7)去[一熹：一一(Ia2+1)J(。抖+p0o)一：yzr=昙[一菩r=0于是，通过位移边界条件即可求出各种荷载作5)第四强度理论用下井壁所受应力的理论解．第四强度理论认为形状改变比能是引起材料屈1．2．3井壁混凝土在早期荷载作用下的应力理服破坏的主要因素．无论什么应力状态，只要构件论解内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的

7、极1)井壁自重作用下的应力理论解限值，材料就要发生破坏．假设单层井壁内径为a，外径为b，r为a、b之间井壁是受多向力的结构体，可利用第四强度理某一计算点至井筒圆心的距离．论找出相当于单向受力时的应力强度，以相当应力通过自重作用下的位移边界条件，按位移解法or相当表示．三向应力状态下的形状改变的变形比能所应满足的方程式(7)，便可知该问题的理论解为：为式(12)：=0，=O,ovrz一1(8)u。形=[(—O"2)+(o-z—O"3)+(o-)]=：，0J2)井壁在冻胀压力作用下的应力理论解(12)设P=P。产生的应力分布可

8、按位移解法确定，式中：、：、分别为材料三个方向的主应力；E可假设(r，z)=Cln(r／k)，按前所述，温度应力为材料弹性模量；肛为泊松比．可与冻胀压力按同一公式考虑．按位移解法求得应当一个方向受力时，or1=相当、2=0、3：0，力分量如下：将其代入式(12)得：b2p=×2当，=，o(la2一)J而