水管冷却作用下岩锚梁混凝土施工温度应力分析

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1、第42卷第19期人民长江Vo1．42，No．192011年10月YangtzeRiver0ct．．2011文章编号：1001—4179(2011)19—0042—05水管冷却作用下岩锚梁混凝土施工温度应力分析董迎娜，黄强，陈守开2，郭磊2(1．洛阳理工学院土木工程系，河南洛阳471023；2．华北水利水电学院水利学院，河南郑州450011)摘要：针对水电站地下厂房中岩锚梁混凝土结构施工期易开裂的问题及其结构特点，采取了水管冷却和表面保温相结合的温控措施。依托某岩锚梁工程，利用考虑水管冷却的不稳定温度场和应力场的有限元方法，

2、对典型岩锚梁施工段进行仿真计算，从温度、第一主应力以及抗裂安全度3方面分析了水管冷却和表面保温措施的温控效果。结果表明，水管冷却和表面保温相结合的温控措施能够把岩锚梁施工期应力控制在允许范围内，使其满足允许抗裂安全度，并认为运用抗裂安全度的方法评价混凝土结构的抗裂能力更为合理。关键词：水管冷却；表面保温；温度场；应力场；抗裂安全度；岩锚梁中图法分类号：TU375文献标志码：A目前，我国大型水电站地下厂房吊车梁大多采用—a—r=a(、等—a+—ay+窘—a)J+—O—0(【1l)J岩锚梁结构型式，这是一种钢筋混凝土承力结构，

3、利用一定深度的注浆长锚杆将混凝土梁体牢牢锚固于岩体式中，为温度，℃；a为导温系数，m／h；口为混凝土绝上，通过长锚杆、岩壁台座和岩石壁面摩擦力将梁体承热温升，oC；Jr为混凝土龄期，d。受的荷载传递到岩体上。由于洞室的岩壁极不均利用变分原理，对式(1)采用空间域离散，时间域匀，且岩体弹性模量较大，使得岩锚梁结构受到了较大差分，引入初始条件和边界条件后，可得向后差分的温的变形约束，而且岩锚梁通常采用水化放热量很高的度场有限元计算递推方程，具体参考文献[6]。泵送混凝土，加之其施工段长度较长，有时长达十几混凝土内含冷却水管时，

4、根椐傅立叶热传导定律和热量平衡条件，求解水管沿程水温的增量，具体参考米，因此防裂难度很大。实践表明，岩锚梁施工期时有裂缝出现，有些裂缝文献[6—7]。在拆模时就有，而有些则在拆模一段时间后才出现，影1．2应力场响岩锚梁的观瞻性和耐久性、甚至抗力能力，成为目前混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应厂房施工中大家所特别关注的技术问题之一。为变增量、徐变应变增量、温度应变增量、干缩应变增量此，本文依托某岩锚梁工程，从温控防裂角度出发，利和自生体积应变增量，因此有：用有限单元法，对岩锚梁典型施工段进行三维不稳定{△8}={a占

5、：}+{A：}+{As：}+{A：}+温度场和应力场的仿真计算，综合分析水管冷却和表{A：}(2)面保温综合措施下的温控防裂效果。式中，{a：}为弹性应变增量；{a占：}为徐变应变增量；{a：}为温度应变增量；{A8：}为干缩应变增1仿真计算基本理论量；{ao：}为自生体积应变增量。1．1不稳定温度场由物理方程、几何方程和平衡方程可得任一时段在计算域R内任何一点，不稳定温度场T(，YAt在区域R上的有限元支配方程，具体参考文献r)须满足热传导方程[6]。收稿日期：201l—O5—21作者简介：董迎娜，女，讲师，主要从事主要

6、从事结构工程方面的教学与科研工作。E—mail：canan—chen@126．con第19期董迎娜，等：水管冷却作用下岩锚梁混凝土施工温度应力分析431．3抗裂安全度算法反演获得。计算分析所采用特征点见图3，图中1为内部点，2为侧表面点，3为顶表面点。抗裂安全度是预测和判断混凝土是否会发生开裂的评价指标，抗裂安全度越大，防止裂缝发生的安全性就越高；反之，安全性就越低。混凝土任意位置的即时抗裂安全度根据混凝土的即时抗拉强度和即时应力计算。一。k(r)：=』{等or()，’r)一>。(3)0，or“()≤0式中，k(r)为任意

7、一点i在龄期r时刻混凝土的抗裂图1计算网格安全度(．r)为龄期r时刻混凝土的抗拉强度，MPa；or“()为混凝土任意一点i在龄期时的即时应力，正为拉应力，负为压应力，MPa。2工程实例分析2．1工程简介某地下厂房岩锚梁全长为226．42m，高×宽为3．35m×2．25m，混凝土现场浇筑长度是每8．0—12．0m为一段，上、下游厂房岩壁均有22个浇筑段。岩锚梁一期混凝土采用C25二级配泵送混凝土，具体配合比见表1。梁内高强砂浆锚杆采用Ⅳ级精轧螺纹钢筋40Si2MnV或45Si2MnV，两侧排风兼排水管之间锚杆水平间距约0．7

8、m。表1岩锚梁混凝土配合比kg／rn水水泥粉煤灰砂小石中石NOF一2BNOF—AE图2水管布置952386095070246717923R2．2计算模型及条件模型以岩壁吊车梁13．3m的最长施工段为研究对象，考虑锚杆的影响，梁内锚杆间距0．70rll，两侧锚杆距梁的边界约为0．3m。地基计算域取横向深度