一种用于圆形断面结构衬砌混凝土温控防裂设计计算方法

摘要

本发明公开了一种用于圆形断面结构衬砌混凝土温控防裂设计计算方法，包括如下步骤：确定温控防裂目标；计算允许最高温度；拟定温控方案，计算混凝土内部最高温度，在计算最高温度≤允许最高温度的前提下，设计温控防裂方案。本发明方法的计算公式简单，能合理反映围岩性能、衬砌厚度、混凝土强度、洞内空气温度、通水冷却及其水温、浇筑温度等的影响，可以迅速计算出圆形断面结构衬砌混凝土施工期各月浇筑施工的允许最高温度，对不同的温控方案迅速预算衬砌混凝土内部最高温度，在满足内部最高温度≤允许最高温度和经济的条件下提出工程适用的温控防裂施工方案，与有限元法仿真计算成果误差小于5%，特别适用于初步设计和现场施工实施方案优化调整。

主权项

一种用于圆形断面结构衬砌混凝土温控防裂设计计算方法，其特征在于包括如下步骤：（1）确定温控防裂目标；（2）计算允许最高温度【T_max】；（3）设计温控防裂方案，具体包括如下子步骤；（3.1）分析可变量，拟定衬砌混凝土温控防裂施工措施方案；（3.2）计算各施工措施方案衬砌混凝土内部最高温度T_max；（3.3）在衬砌混凝土内部最高温度T_max≤允许最高温度【T_max】的前提下，进行施工措施方案优选，供施工应用；其中，所述步骤（2）的允许最高温度【T_max】，是将圆形断面衬砌结构有关参数代入如下公式计算得到：【T_max】=min（T_1max，T_2max）T_1max=5.1387H+0.1032C‑0.1393E+0.2874T_a+21.0672T_2max=4.8352H+0.1247C‑0.1393E+0.2874T_a+T_min+8.9268式中：T_1max—早期水化热温升后温降阶段计算允许最高温度；T_2max—冬季温降阶段计算允许最高温度；H—衬砌混凝土结构的厚度（m）；E—围岩变形模量（GPa）；C—衬砌混凝土按90天龄期设计的强度等级（MPa）；T_a—衬砌混凝土浇筑施工时洞内空气温度（℃）；T_min为冬季洞内最低气温，也即围岩表面冬季最低温度(℃)；所述步骤（3.1），是在不同的温控防裂设计阶段，分析与温控防裂有关的在满足规范要求条件下该阶段可以改变的设计参数；在结构设计阶段，衬砌厚度和混凝土强度为可变量；在施工阶段，浇筑温度、是否通水冷却以及如果通水冷却则通水冷却的水温为可变量；所述拟定的施工措施方案主要是浇筑温度与是否通水冷却以及如果通水冷却则通水冷却的水温的组合；所述步骤（3.2）的衬砌混凝土内部最高温度T_max，是将各拟定施工措施方案代入下式计算获得：T_max=4.8478H+0.1029C+0.9508T₀+0.0466T_g+0.1686Ta‑0.017(T₀·T_g)+9.967式中：T₀代表浇筑温度（℃）；T_g=35‑T_w，代表通水温度效应值（℃），T_w为通水温度，当T_g=0时代表没有通水冷却；所述步骤（3.3）是在上述施工措施方案中满足计算最高温度T_max≤允许最高温度【T_max】的方案中，按照安全、经济、合理和简单可行的原则，进行优化方案的选择。