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基于ADINA的鋼筋混凝土襯砌安全性分析

文檔作者：劉杰以苑騰飛唐亮顏溧洲1 文檔來源： 1.三峽大學(xué) 2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月22日
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第38卷第7期 人民黃河 Vol.38,Wo.7
2016 年 7 月 YELLOW RIVER Jul.,2016
【工程建設(shè)管理】
基于ADINA的鋼筋混凝土襯砌安全性分析
劉杰以，苑騰飛\ 唐亮u ，顏溧洲1
(1.三峽大學(xué)，湖北宜昌443002; 2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北宜昌443002)
摘要:基于新奧法的襯砌施工理念及透水襯砌理論，采用ADINA有限元軟件，以襯砌內(nèi)混凝土和鋼筋結(jié)構(gòu)極限承載力
為判別標(biāo)準(zhǔn)，對丹巴水電站引水隧洞在外水壓力、內(nèi)水壓力及灌漿壓力工況下襯砌的安全性進行了分析評價。數(shù)值分析
結(jié)果表明：該深埋高地應(yīng)力引水隧洞襯砌在外水壓力和灌漿壓力作用下，襯砌內(nèi)混凝土和鋼筋處于完全受壓狀態(tài)，其內(nèi)
力滿足承載力要求;在內(nèi)水壓力作用下，襯砌滿足抗壓承載力要求，但受到較大拉應(yīng)力，襯砌易開裂。
關(guān)鍵詞：引水隧洞；承載力；透水襯砌；安全性
中圖分類號：TV672+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi:10.3969/j .iwn.1000-1379.2016.07.028
近年來,隨著國家水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)
出現(xiàn)了許多大直徑、深埋、高內(nèi)外水壓的引水隧洞，這
些隧洞大多采用鋼筋混凝土襯砌形式。由于鋼筋混凝
土襯砌施工方便、經(jīng)濟，且設(shè)計及安全分析理論較為成
熟，因此得到了廣泛應(yīng)用[|]。鋼筋混凝土的配筋設(shè)計
及安全分析以結(jié)構(gòu)承載力控制和裂縫控制為基本原
則,其設(shè)計思路從2 0 世紀(jì)5 0 年代普遍采用的容許應(yīng)
力法,20世紀(jì)6 0 年代興起的極限狀態(tài)設(shè)計法，我國20
世紀(jì)7 0 年代的拉應(yīng)力圖形配筋到現(xiàn)在廣泛采用的有
限單元法，經(jīng)歷了長足的發(fā)展。徐強[2]基于三維有限
元與二維有限元相結(jié)合的方法對三維有限元計算結(jié)果
與二維有限元模型間的數(shù)據(jù)傳遞進行了研究，采用
AN SYS有限元分析軟件對龍灘導(dǎo)流隧洞進水口結(jié)構(gòu)
進行了配筋計算;劉建強[3]通過彈性力學(xué)、斷裂力學(xué)
和非線性有限元對水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)在內(nèi)水壓力下的
應(yīng)力及裂縫擴展進行了研究，對水工隧洞試驗?zāi)Ｐ退?
混凝土襯砌結(jié)構(gòu)、單筋襯砌結(jié)構(gòu)和雙筋襯砌結(jié)構(gòu)進行
了有限元分析;李寧等[4]采用F IN A L 數(shù)值分析軟件對
城門洞型壓力隧洞襯砌進行了數(shù)值仿真分析,并對內(nèi)
水壓力工況下的襯砌鋼筋應(yīng)力、裂縫擴展等進行了
研究。
國內(nèi)外襯砌配筋設(shè)計及安全分析方法所基于的原
則無較大差異，其主要差別在于設(shè)計思路不同,采用的
計算公式理論不同。筆者采用A D IN A 有限元軟件對
四川省大渡河丹巴引水隧洞襯砌在內(nèi)外水壓及灌漿壓
力下的安全性進行分析。A D IN A 的非線性求解功能
強大，且有專門的模擬鋼筋的re b a r單元, A D IN A 在鋼
筋單元和混凝土單元的接觸問題上，不需設(shè)置接觸單
元，而且鋼筋的網(wǎng)格是自動剖分的，避免了混凝土單元
網(wǎng)格與鋼筋單元網(wǎng)格的協(xié)調(diào)問題，其設(shè)計思路清晰，計
算結(jié)果直觀、可靠，適用性強，可以用于隧洞襯砌的安
全分析。
1 工程背景及相關(guān)參數(shù)
丹巴水電站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴縣境
內(nèi)的大渡河干流上,為大渡河干流2 2 級梯級開發(fā)中的
第8 級梯級電站。工程采用混合方式開發(fā)，初擬正常
蓄水位1 996 m ,總裝機容量1 196.6 M W 。電站屬二
等大(2)型工程，樞紐建筑物主要有攔河閘壩、引水系
統(tǒng)、發(fā)電廠房及開關(guān)站等。引水隧洞埋深較大,其中軟
巖洞段最大埋深達(dá)1 220 m ,開挖后有可能出現(xiàn)較嚴(yán)重
的變形破壞，遇水也易發(fā)生軟化。該工程正常蓄水位、
設(shè)計洪水位和校核洪水位均為1 997 m ,因此不考慮偶
然狀況。為簡化計算，內(nèi)水壓力取疊加靜水壓力和動
水壓力的統(tǒng)一值，即0.98 M Pa,外水壓力按地下水位
線至隧洞中心距離水頭計算，取0.70 M Pa,灌漿壓力
按規(guī)范取0.5 M Pa。
相關(guān)工程參數(shù)：引水隧洞埋深為1 200 m ,圍巖
為皿類和漢類,巖體彈性模量£ = 1 2 G Pa,黏聚力C =
1.2 M P a,內(nèi)摩擦角

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