无粘结预应力混凝土压力隧洞的设计研究
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摘要
本文通过辽宁省大伙房水库输水二期工程浅埋段压力隧洞的设计实例,提出了运用无粘结预应力环锚技术解决浅埋深、围岩破碎洞段压力隧洞的衬砌抗裂问题。本文对大伙房水库输水二期工程浅埋压力隧洞五个典型断面进行了有限元分析,采用的无粘结预应力方案均能满足各种设计工况的要求。确定的方案经济合理、技术可行、施工方便、结构安全,完全可以满足这些洞段的复杂围岩条件和长期运行的要求。
     本文共进行了以下工作:
     (1)通过调研,确定采用无粘结预应力混凝土衬砌方案。主要是调查国内外类似工程的预应力混凝土衬砌的应用、发展状况,研究本工程采用无粘结预应力混凝土衬砌的适用性。
     (2)采用有限元分析软件ANSYS,分别对无粘结预应力衬砌方案的预应力钢绞线和钢筋混凝土衬砌单独建模,预应力钢绞线的单元节点与钢筋混凝土单元间通过约束方程法建立起相互作用的关系,分析钢绞线和钢筋混凝土衬砌的应力和变形,计算结果表明确认采用的设计参数能够满足规范要求。
     (3)通过研究解决后张法预应力环锚的关键技术,包括衬砌及锚固槽混凝土配比、锚具及防腐系统、超挖处理和环缝止水等专题的研究,确定保障后张法预应力方案可靠性的措施,为设计方案提供有价值的建议。
     无粘结预应力衬砌技术在国内90年代还鲜有应用,它在小浪底泄洪排砂洞中的提出和成功应用成为国内首创,填补了国内空白。本设计充分吸收了小浪底工程和近年来其它应用环锚技术的工程设计成果,对解决大伙房水库输水二期工程浅埋复杂地质洞段衬砌设计难题起到了关键的作用。
The main content of this article is based on the design of low covered pressure tunnel in Liaoning Dahuofang Reservoir Water Diversion Project (2nd stage), and to raise the unboned prestressed encircled anchorage method to solve the problem of preventing cracks in lining of pressure tunnels in low covered and unfavorable geologic conditions. Five representative sections in Liaoning Dahuofang Reservoir Water Diversion Project (2nd stage) has been analysed with finite element method, and find the unbonded prestressed method can satisfy the need of every design condition. The chosen method has characteristic as follows: proper price in economic, practical in technology, easy on performing and safe in structure, so it can meet the need of tunnel's long-term running in complex geology condition.This article mainly concerned the content as follows:(1) It mainly concerned on the reason why choose unbonded prestressed concrete lining technology. The main way is to investigate the application and new development of prepressed concrete lining in china and foreign countries and research on whether it can be used in this project.(2) Use the finite element software ANSYS to make model for consecutive strands and unbonded prepressed concrete lining. Build the reciprocity relation of the cells in consecutive strands and cells in RC, analyse the stress and transmogrification of consecutive strands and RC to make sure the design parameter can meet the need of specification.(3) Research on the key technology of the post-tensioning prestressed encircled anchorage method, including studies of concrete mix in lining and notch of anchor part, anchor and preservative system, unwanted excavattion and water-stop of ring parting, and based on those studies to raise the reliable application measures for post-tensioning initial stress methode , make suggestion for usage of those technologies.Unboned prestressed concrete lining was infrequent usage in 90th, until it was used in flood and sediment discharge tunnels of the Xiao Lang Di Project first time and filled up the internal blank . This design gains experience on usage of unboned prestressed technology in the Xiao Lang Di Project and other projects, as a result, the problem of how to design lining of tunnels in low covered and unfavorable geologic conditions can be solved.
引文
[1] 杜拱辰,现代预应力混凝土结构,北京:中国建筑工业出版社,1988
    [2] F.莱昂哈特,预应力混凝土,北京:水利电力出版社,1989:4-6
    [3] 刘致彬、孙志恒,预应力技术在水利水电工程中的应刚与发展.北京:预应力技术应用40周年纪念文集,1996:235-245
    [4] 何德湛,预应力混凝士在给水排水工程中的应用和发展.北京:预应力技术应用40周年纪念文集,1996:258-262
    [5] 赵顺波,环形预应力混凝土技术及其在圆筒形结构中的应用,压力管道,郑州:黄河水利出版社,1998:116-121
    [6] 挺耀兴、陈艳会等,引黄工程南干线一级泵站进水压力管道设计,水利水电技术,2002,33(8):42-43
    [7] 黄相才、李平先,部分预应力混凝土结构在港口工程中的应用及其前景,1991:8-12
    [8] 李晓克、严振瑞等,浅埋式预应力混凝土压力管道结构设计与技术经济比较,水利水电技术,2002,33(6):20-25
    [9] 傅温,高效预应力混凝土工程技术,北京,中国民航出版社,1996:1-22
    [10] Ravkin A A, Arkhipov A M, Construction of insititious concrete-encased steel penstocks at pumped-storage stations. Hydrotechnical Constructuin (English Translation of Gidrotekhicheskoe Stroitel, stvo), 1989, 23(1): 1-4
    [11] Landau Y A, New design of reinforced concrete penstock compensator. Hydrotechnical Constructuin (English Translation of Gidrotekhicheskoe Stroitel, stvo) 1991, 25(3): 172-174
    [12] Frank J H, Mehdi S Z, et al, Limit-states design of prestressed concrete pipe. Ⅰ: Criteria. Journal of sutrctural engineering, 1990, 116(8): 2083-2104
    [13] Mehdi S Z, et al., Limit-states design of prestressed concrete pipe. Ⅱ: Procedure. Journal of sutrctural engineering, 1990, 116(8): 2105-2126
    [14] 刘宪亮,水电站加劲压力钢管及厂坝联结形式优化[博士学位论文],大连:大连理工大学,1995:1-16
    [15] 陈际唐,三峡电站引水压力管道设计研究,压力管道,郑州:黄河水利出版社,1998:19-24.
    [16] 陈继深,压力钢管钢材选择,水电站压力管道情报网网讯,1990,(2):1-19.
    [17] 中华人民共和国国家标准,混凝土结构设计规范GB50010-2002,北京:中国建筑工业出版 社,2002
    [18] 杜拱辰,我国预应力混凝土发展新动向,1989:2-4
    [19] 杨宗放,方先河,现代预应力混凝土施工,北京:中国建筑工业出版社,1993:67-93
    [20] 张克球,赵丕华,我国预应力钢材发展应用的40年,北京:预应力技术应用40周年纪念文集,1996:263-270
    [21] 张秀凤,我国预应力钢材的现状及发展趋势,金属制品,2002,28(3):1-3
    [22] 陶学康,后张预应力混凝土设计手册,北京:中国建筑工业出版社,1996:2-3,293-302
    [23] 李国平,预应力混凝土结构设计原理,北京:人民交通出版社,1990:5-6
    [24] 杨东晖、王海飙等,无粘结部分预应力、有粘结预应力及碳纤维布对砼梁抗弯设计配筋的比较分析,森林工程,2001,17(4):61-63
    [25] 杜进生、刘西拉,无粘结预应力混凝土构件的可靠度分析建筑结构学报,2002,23(1):68-74.
    [26] 丁学斌、袁全义等,小浪底水库排沙洞工程预应力混凝土衬砌方案选择,水利水电科技进展,1999,19(1):49-51
    [27] 何德湛,十年来预应力技术在水处理构筑物中的应用和发展,土木工程学报,1994,27(2):75-78
    [28] 迟坤、田秀艳等,无粘结预应力混凝土结构综述,森林工程,2002,18(4):42-43
    [29] 赵顺波、江瑞俊,环形后张预应力混凝土技术,岩石钻凿工程,1999,17(1):29-34
    [30] 刘筠,钢衬预应力混凝土压力钢管设计理论研究[硕士学位论文],郑州:华北水利水电学院,1998:7-14
    [31] 刘效尧、朱新实,预应力技术及材料设备,北京:人民交通出版社,1998:1-9
    [32] 冯大斌、栾贵臣,后张预应力混凝土施工手册,北京:中国建筑工业出版社,1999:98-135
    [33] 赵顺波、江瑞俊,环形后张预应力混凝土技术及其工程应用与发展,世纪之交的预应力新技术,北京:专利文献出版社,1998:774-780
    [34] 陈港,预应力变角张拉装置的研制与应用,建筑科学,1992(3):52-54
    [35] 陈港,预应力变角张拉工艺及其在筒形结构中的应用,施工技术,1992(4):32-34
    [36] 林秀山、沈凤生,小浪底工程后张法无粘结预应力隧洞衬砌技术研究与实践,郑州:黄河水利出版社,1999
    [37] 亢景富,一种预应力混凝土隧洞衬砌的新技术,压力管道,郑州:黄河水利出版社,1998:233-236
    [38] 祖铁华,小浪底水利枢纽工程排沙洞无粘结预应力混凝土施工,水利水电科技进展,2001, 21(6):46-48,50
    [39] 廖波,无粘结预应力砼在黄河小浪底工程的应用,水利水电施工,2000(2):33-35
    [40] 胡滨,无粘结预应力施工技术在纳雍电厂4×300MW机组工程钢筋混凝土筒仓中的应用贵州电力技术,2002,5(6):39-41
    [41] 高连松,后张无粘结预应力技术在大型水泥熟料筒仓中的应用水泥技术.2000(6):36-38
    [42] 陈宗梁,国外水电技术的发展中国工程科学,2002,4(4):86-92
    [43] 刘兴宁、张宗亮等,天生桥一级水电站引水系统环锚试验,水利发电,1999(3):27-30
    [44] 张步雷、吴旭,新技术在天生桥一级电站引水发电系统的应用,水电建设,1998(2):2-7
    [45] 孙景振、张安平,隔河岩水电站引水隧洞环形后张法预应力施工.水力发电,1993(10):55-58
    [46] 符志远、谢红兵,清江隔河岩电站压力隧洞环锚预应力衬砌设计,人民长江,1997,28(7):19-21,24
    [47] 江正荣、杨宗放,特种工程结构施工手册,北京:中国建筑工业出版社,1998
    [48] 李广民,无粘结预应力在污泥消化池上的应用技术,中国市政工程,2002(1):43-45
    [49] 赵远清,无粘结预应力筋在消化池设计中的应用,西南给排水,2000(5):18-21
    [50] 李珠、白本举等.排沙洞后张法预应力衬砌结构.地下工程技术,1995,(4)
    [51] 谢宝嵩、姚立新等,小浪底工程排沙洞环形预应力混凝土施工,水力发电,1999(12):21-23
    [52] 褚祖钰、施忻凤,无粘结部分预应力混凝土在大型筒仓结构中的应用,建筑技术,1992,13(6):347-348
    [53] 杨宗放、郭正兴,预应力技术在特种结构中的应用和发展,建筑技术,1992,13(6):323-326
    [54] 张志强、周家俊等,秦山核电站安全壳预应力施工,建筑技术,1992,13(6):326-330
    [55] 夏祖讽、王明弹等,百万千瓦级核电厂安全壳结构设计与试验研究核动力工程,2002,23(A02):123-129
    [56] 王连文,大亚湾核电站反应堆安全壳预应力技术,工业建筑,2000,30(8):73-74、78
    [57] 江兴宏、郑麟等,预应力混凝土卵形消化池,特种结构,1994,11(1):6-11
    [58] 管于棠,无粘结张拉预应力新工艺在南京污水消化池中的应用,铁道标准设计,1996,(3):38-40
    [59] 管于棠,无粘结预应力工艺在南京污水消化池中的应用,铁道建设,1995,(2):16-21、6
    [60] Matt P, F Thurnherr and I Uberkovich. Prestressed concrete pressure tunnels, Water Power & Dam Construction, 1978(5).
    [61] Chinassi G and Gnone E., Prestressed concrete lining of a pressure tunnel. L' Industria Italiana del Cemento, 1974(11)
    [62] VSL Job Report. Offtake tunnels for the Presenzano hydroelectric facility. L'Industria Italiana dei Cemento, 1990(4)
    [63] VSL Job Report. Water supply gallery Piastra-Andonno, Italy, VSL International, 1977(6)
    [64] VSL Job Report. Pumped Storage scheme Taloro, Sardinia, Italy, VSL International, 1977(16)
    [65] Trucco G and O Zeltner. Grimsel-Oberrar pumped storage system, Water Power & Dam Construction, 1978(2)
    [66] Pierre Rolleli. Chiotas-Piastra pumped storage scheme, Italy. VSL International, 1978(7)
    [67] 王成西、娄运平等,国外水电站调压室采用预应力混凝土结构的概况,华北水利水电学院学报,1992(3):79-84
    [68] 鲍卫刚,部分预应力混凝土设计方法综述,中南公路工程,1989(1):42-46
    [69] 张士铎,部分预应力混凝土(理论、设计及专题研究),北京:人民交通出版社,1990
    [70] 王东华、李庆荣,预应力混凝土技术的应用,山西建筑,2002,28(1):53-54
    [71] 水工混凝土结构设计规范(SL/T191-96).北京:中国水利水电出版社,1997
    [72] 曹玉忠、李晨光等,大型储煤筒仓的结构分析,建筑结构,2001,31(2):34-35
    [73] 郑文忠、王英,现行预应力混凝土结构设计方法述评,工业建筑,1999,29(3):1-4
    [74] 张娟无,粘结预应力混凝土在筒仓设计中的应用,设计技术,2000(3):36-42
    [75] 赵顺波、陈文义等.钢衬—预应力混凝土压力管道结构受力分析,压力管道,郑州:黄河水力出版社,1998:122-129
    [76] 施志群,周宁水电站预应力钢筋混凝土衬砌高压管道结构分析初探,福建水力发电,1992(2):1-10
    [77] 乐东义、吴晓玲等,三峡电站压力管道钢衬预应力钢筋混凝土结构设计研究,压力管道,郑州:黄河水力出版社,1998:100-110
    [78] Lopes, S. M. R.;Simoes, L. M. L. P, Influence of corrosion on prestress strands. Canadian journal of civil engineering, 1999, 26(6): 782-788
    [79] Mast, Robert F, Analysis of cracked prestressed concrete sections: a practical approach. PCI Journal, 1998, 43(4): P80-91
    [80] Sritharan, S.;Fenwick, R.C, Creep and shrinkage effects in prestressed beams. Magazine of Concrete Research, 1995, 47(170): P45-55
    [81] C Majorana, A. Natali and R. Vitaliani, Analysis of three-dimensional prestressed concrete structures using a non-liner material model. Eng, Compute, 1990, Vol.7, June, P157~166
    [82] S. M. Seraj, M. D. Kotsovos and M. N. Pavlovic, Non-linear finite-element analysis of prestressed concrete members. Proc, Instn Civ. Engrs Structs & Bldgs, 1992, 94, Nov., P403-418
    [83] F. Gonzalez Vidosa, M.D. Kotsovos and M. N. Pavlovic, Nonlinear finite-element analysis of concrete structures: performances of a fully three-dimensional brittle model. Computers & Structures, 1991, 40(5): 1287-1306
    [84] P. Roca and A. R. Mad. Numerical treatment of prestressing tendons in the nonlinear analysis of prestressed concrete structures. Computers & Structures, 1993, 46(5):905-916
    [85] J. A. Figueirast and R. H. C. F. Povoas. Modelling of prestressed in non-linear analysis of concrete structures. Computers & Structures, 1994, 53 (1), 173-187
    [86] Alex C. Scordells, Computer models for nonlinear Analysis of reinforced and prestressed concrete structures, PCIJOURNAL/November-December, 1984:116-135
    [87] Saad E. Moustafa, Nonlinear analysis of reinforced and prestressed concrete members, PCI JOURNAL/September-October, 1986:126-147
    [88] Nasreddin El-Mezaini and Ergin Citipitioglu. Finite element analysis of prestressed and reinforced concrete structures, Journal of Structural Engineering, 117(10), 1991:2851-2864
    [89] 罗小勇、余志武,预应力混凝土结构非线性分析和设计的有限元模型,工程力力学增刊,1997(A02):193-199
    [90] 肖明,预应力钢索式混凝土衬砌的三维非线性有限元分析,水力学报,1997(2):33-38、44
    [91] 贾艳敏、张印阁等,预应力钢筋梁的非线性分析,哈尔滨工业大学学报,2002,34(3):352-355
    [92] 邵晓健、史凯等.利用非线性有限元方法对预应力框架结构的混凝土徐变、收缩及预应力松驰进行分析,四川建筑科学研究,2002,28(2):40-42
    [93] 胡文发、黄鼎业,预应力混凝土结构非线性分析的新方法,四川建筑科学研究:2000,26(4):57-60
    [94] 胡文发、黄鼎业,预应力混凝土结构非线性地震反应分析,地震工程与工程振动,2000,20(2):44-50
    [95] 孙海、黄鼎业.预应力砼非线性有限元分析,住宅科技,1999(9):21-23
    [96] 赵顺波、江瑞俊等,小浪底工程排沙洞无粘结预应力混凝土衬砌试验段实测分析,水利水电技术,1999,30(9):28-33
    [97] 符志远、谢红兵等,清江隔河岩水利枢纽右岸电站引水隧洞预应力混凝土衬砌结构,水工预应力锚固技术论文集,北京:地震出版社,1997:232-242
    [98] 张安平,清江隔河岩电站引水隧洞环形后张预应力施工,水工预应力锚固技术论文集,北京:地震出版社,1997:243-249
    [99] 潭成东,后张法预应力混凝土在小浪底工程排沙洞衬砌中的应用,水工预应力锚固技术论文集,北京:地震出版社,1997:250-253
    [100] Test report of sediment tunnel field test with unbonded strands. Xiaolangdi Multipurpose Dam Project CGIC Joint Venture. Aug. 1997
    [101] Test report of sediment tunnel field test with bonded strands. Xiaolangdi Multipurpose Dam Project CGIC Joint Venture. Aug. 1997
    [102] Sediment tunnels prestressed lining with unbonded strand- test report of sediment tunnel No. 1 test section. Xiaolangdi Multipurpose Dam Project CGIC Joint Venture. July. 1998
    [103] Schupack Morris, Corrosion protection for unbonded tendons. Concrete International, 1991 (2)
    [104] 张德峰、吕志涛,现在预应力混凝土结构耐久性的研究现状及特点,工业建筑,2000,30(11):1-4
    [105] 张德峰、吕志涛,裂缝对预应力混凝土结构耐久性的影响,工业建筑,2000,30(11):12-14、65
    [106] 袁承斌、梁正平,预应力混凝土结构的耐久性研究综述,水利水电科技进展,2002,22(1):59-61
    [107] 徐力、杨小平等,预应力结构设计使用寿命模型,江苏理工大学学报:自然科学版,2002,23(1):71-74
    [108] 刘志彬,预应力锚索混凝土衬砌隧洞的耐久性及其改进,水力发电,1999(2):16-20
    [109] 秦士洪、姚爱军,预应力砼结构物的裂缝控制对耐久性的影响,工程力学,1998(A02):311-316
    [110] 刘玉霞,后张预应力混凝土桥梁耐久性研究,国外公路,1995,15(6):26-29
    [111] 李小克、赵顺波,高效预应力混凝土压力管道试验与技术经济比较,水力发电学报,2001,75(4):34-43
    [112] 赵顺波、李晓克,预应力阶段混凝土压力管道受理性能研究,水力发电学报,2004,25(1):36-41

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