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施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2010年5月第39卷第5期
大体积混凝土隧道裂缝分析及软件开发
杜晓玲，赵世忠
（南昌大学建筑工程学院，江西南昌
330031)
【摘要】对南昌市青山潮湖底隧道大体积混凝土温度进行现场测试，并量测隧道测壁贯穿裂缝。采用ANSYS分析软件，对隧道温度应力、冷却管温度场、钢筋的布置进行仿真分析。在仿真分析过程中，除了沿用传统的弹性估算法、增量差分法外，还采用了弹塑性理论、混凝土松弛系数和端变方程、多荷载步模拟现场温升、加速收敏弧长法等方法，并运用“单元生死”方法来模拟模板拆除对隧道温度应力的影响，通过研究应力-时间曲线，分析隧道混凝土在升温阶段开裂的原因。
【关键调】隧道；温度应力；弹塑性理论；仿真分析；软件开发
【中图分类号】TU311.3
【文献标识码】A
【文章编号】1002-8498(2010)05-0022-04
AnalysisonCracksofMassConcreteinTunnel
andSoftwareDevelopment
DuXiaoling,Zhao Shizhong
(School of Architecture Engineering, Nanchang Uninersity, Nanchang, Jiangxi330031, China)
Abstract: Temperature and cracks of mass concrete of subaqueous tunnel in Nanchang Qingshan Lake are measured in site. Then, temperature stress of tunnel, temperature field of cooling pipe and reinforcement layout are analyzed with ANSYS. During simulation, authors not only use traditional methods of flexibility estimation method and incremental finite difference method, but also adopt elastic-plasticity theory, relaxation coefficient of concrete and creep equation, simulation on temperature rise under multi-step load, arc-length method of accelerating convergence method. Moreover, influence of formwork demolition on tunnel temperature stress is simulated by using element birth and death method. At last, crack causes of tunnel concrete are analyzed by researching stress-time curves during temperature rise stage.
Key words:tunnel; temperature stress; elastic-plasticity theory; simulation; software development
隧道设计一般取1m隧道进行框架内力计算，面
对温度应力则不进行详细计算，只是采用构造配筋，因此常导致混凝土出现温度裂缝。在温度应力裂缝计算过程中也常采用王铁梦公式，即计算最大温度应力、裂缝间距、裂缝宽度3个指标来预防裂缝发生。在施工措施方面主要采用外保温方法、内设冷却管、减小混囊土收缩等方法。
在混凝土温度应力计算软件方面，虽然王铁梦、朱
伯芳等院士曾有一些软件，用于三峡大项等仿真计算，但还没有在普通工程中普及。ANSYS建模方面也曾有过混凝土墙体施工期温度应力计算的仿真分析，但其APDL命令流不全，文件运行得不到结果。工程中有“无隧不裂”的说法，因此隧道等大体积混凝土裂缝的预防是值得深人研究的课题。本文利用MATLAB GUI语言和ANSYS分析软件，分别对隧道温度应力、
万方数据
冷却管温度场、钢筋的布置进行了仿真分析。 1工程概况
南昌市青山湖湖底隧道水中共21节，为箱涵结构，每节高7.5m、宽27m、长43m，边墙厚1m，设计水平钢筋Φ16@150。施工时先瓷筑底板，33d后浇侧、中、顶板。侧墙浇筑后3d拆模，发现十多条裂缝（端头倒八字），宽0.4~0.5mm，一直延伸至项板，裂缝贯通。继续施工采取的措施：调整混避土配合比，加设间距 1.4m的冷却管，间隔24d浇侧、中、顶板。拆模后裂缝还是出现，每节5~6条，裂缝宽0.4mm。
C30商品混凝土原配合比为（kg/m）：矿渣水泥：【收稿日期】2010-02-27
【作者简介】杜晓玲，南昌大学建筑工程学院教授，硕士生导师，国家注册监理工程师，江西省南昌市前潮校区330031，电话： 13065191086,E-mail;dxlnd@ 163. com