高水頭引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)非線性有限元分析.pdf

1、在大型水電站的設(shè)計中,經(jīng)常會遇到高水頭大直徑壓力隧洞的設(shè)計問題,特別在近年發(fā)展起來的引水式電站及抽水蓄能電站中,高水頭大直徑壓力隧洞的建設(shè)逐漸增多,高壓隧洞的設(shè)計顯得愈來愈重要。壓力隧洞傳統(tǒng)計算方法假定圍巖及襯砌材料為連續(xù)各向同性的彈性介質(zhì),忽視了圍巖及襯砌材料的非線性性質(zhì)的不利影響,并且是將圍巖與襯砌結(jié)構(gòu)分開進行計算,從而導(dǎo)致隧洞混凝土襯砌厚度及配筋量偏大。因此,有必要對考慮隧洞圍巖、襯砌聯(lián)合承載及材料非線性情形下的襯砌結(jié)構(gòu)進行分析計

2、算,并對不同計算方法進行對比研究,為在工程實際中選擇經(jīng)濟合理的襯砌形式以及提高隧洞運行的安全度提供依據(jù)。首先對實際工程資料進行分析,確定計算范圍及邊界條件。采用ANSYS通用有限元軟件建立整體模型,考慮圍巖與外層襯砌、外層襯砌與內(nèi)層鋼板襯砌之間的接觸,接觸模型按點-點接觸設(shè)置,接觸單元分別采用Contac12與Contac52模擬。先對隧洞初始應(yīng)力及開挖支護后的二次應(yīng)力場進行分析；然后對隧洞在檢修、充水運行工況下的兩種襯砌形式(單層鋼筋

3、混凝土襯砌和鋼襯鋼筋混凝土組合襯砌)進行計算,分別計算單層襯砌與組合襯砌條件下,外層鋼筋混凝土襯砌的應(yīng)力、變形規(guī)律,并對兩種襯砌形式受力情況進行比較分析,得出相關(guān)結(jié)論。其次,采用邊值法及彈性力學(xué)方法進行計算,并與有限元結(jié)果進行比較分析。通過運用有限元方法、邊值法及彈性理論對高壓隧洞進行分析計算表明：有限元方法一定程度上克服了隧洞設(shè)計中傳統(tǒng)方法的缺陷,能夠較為全面地考慮復(fù)雜地質(zhì)條件及荷載條件。由比較分析可知：邊值方法及彈性力學(xué)方法由于在材