基于溫度效應的隧道二次襯砌受力特性研究.pdf

1、當運營隧道地處寒冷、年溫差較大的地區(qū)時,襯砌混凝土在溫度周期性變化的影響下,結構受力情況比較復雜。本文以國道主干線青島～銀川陜西境吳堡至子洲段高速公路劉家坪隧道群為依托,對隧道二次襯砌混凝土應力進行了長期監(jiān)測,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理和分析,結合有限元數(shù)值模擬,得到了二次襯砌混凝土結構在環(huán)境溫度變化情況下的受力特點。主要研究成果包括:
　　 (1)在隧道運營過程中,由于氣溫隨時間呈正弦規(guī)律變化,二次襯砌混凝土結構受力也呈現(xiàn)出三角函數(shù)

2、規(guī)律變化,應力隨時間的變化曲線與氣溫隨時間的變化曲線具有相同變化趨勢,兩種曲線應力極值出現(xiàn)的時間相同。
　　 (2)二次襯砌的受力主要來自圍巖壓力、二次襯砌自身的重力以及溫度應力三方面。襯砌自重為常量,圍巖壓力隨時間的推移基本上保持穩(wěn)定,因此由氣溫變化引起的混凝土的溫度應力是導致二次襯砌結構應力隨時間呈三角函數(shù)規(guī)律變化的主要原因。
　　 (3)運用有限元軟件(ANSYS)對隧道二次襯砌結構溫度應力進行數(shù)值模擬,模擬結果顯

3、示降溫時二次襯砌混凝土溫度應力為拉應力,當溫度最低時拉應力達到最大值。同一溫度條件下最大拉應力值出現(xiàn)在仰拱中部,同一測點溫度應力隨時間的變化呈現(xiàn)出正弦規(guī)律變化,數(shù)值模擬結果與實測數(shù)據(jù)分析得出的結果吻合較好。
　　 (4)為了防止二次襯砌環(huán)向開裂,對隧道二次襯砌施工縫間距進行了計算,計算得出施工縫間距與年溫度差有關,年溫度差越大施工縫間距越小。對于我國南方地區(qū)隧道施工過程中二次襯砌模板臺車長度適合選為12m,對于北方寒冷地區(qū)根據(jù)隧