：为验证穿黄隧洞内衬预应力混凝土强度，根据穿黄隧洞双层复合衬砌结构的特点与作用模式，在考虑钢绞线 与孔道摩擦、锚具变形及钢筋内缩等引起预应力损失的前提下，采用三维非线性有限元模型对内衬预应力混凝土 强度进行了分析与验证。通过计算得出有效预应力在钢绞线上的分布情况，以及分别在张拉工况与设计水头工况 下内衬混凝 土的内外表 面环 向应力和平均环 向应力 的分布规律 。计算结果表 明：张拉过程 中的预应 力损 失较 为严 重，需要在施工过程中严格控制张拉应力以及其他引起预应力损失的影响因素，以保证张拉后有效预应力满足强 度要求；穿黄隧洞内衬混凝土在两种工况下均实现全截面受压 ，应力分布满足设计要求，可保证穿黄隧洞的长期有 效运行；模拟计算结果的应力参数值与 1：1仿真模型试验值吻合良好 ，变化规律与关键参数均基本一致。 关 键 词 ：穿黄隧洞 ；预应力衬砌 ；三维非线性有 限元 ；强度分析 中图分类号 ：TV332 文献标 志码 ：A 文章编号 ：LOOl一5485(2013107—0101—05 1 研究背景 随着结构设计计算理论与施工技术研究工作的 不断发展与完善 ，隧洞预应力衬砌技术在水利水 电 工程 、输水工程等建设中得 到 日益广泛的应用。穿 黄工程是南水北调中线 的标志性 、控制性工程。穿 黄隧洞采用盾构法施工 ，隧洞衬砌为双层复合衬砌 结构 ，外衬为 40om厚预制钢筋混凝土管片 ，内衬为 45cm厚环向预应力现浇钢筋混凝土 ，内衬与外衬 之间设防排水垫层。这一预应力复合衬砌结构形式 在盾构隧洞工程 中尚属 首次应用 ，其 中内衬预应力 结构形式复杂 ，施工难度高 ，是穿黄隧洞发挥预期功 效的关键因素 ，对其混凝土强度进行研究具有重要 的理论意义与工程实践价值 。 关 于预应力衬砌的应力计算 ，不少专家学者基 于弹性理论提出了相应的计算方法¨ J。此类方法 简便快捷 ，但对于复杂的预应力结构问题 ，仅用上述 方法还不能满足工程实 际需求 ，而有限元方法不仅 计算精度高 ，还可以很好地描述结构的应力 、变形规 律 ，为解决一些复杂的结构分析计算 问题提供了有 效的途径 。但 在 ANSYS中采用实体力筋法分析有 粘结预应力混凝土时，若直接采用降温法或初始应 变法来模拟 ，因无法模拟钢绞线张拉 时与孔道的滑 移引起的预应力损失 ，往往使计算结果与实际偏差 较大。有些专家学者通过在钢筋和混凝土之间插入 界面单元或采用接触分析来模拟这一过程 J。然 而 ，实际工程中的预应力衬砌存在结构复杂 、边界条 件非线性等各种影响因素 ，采用上述方法容易导致 计算结果收敛困难。 为此 ，本文针对穿黄隧洞 内衬预应力混凝土结 构的特点 ，在考虑有粘结预应力}昆凝土预应力损失 的前提下 ，采用三维非线性有限元模型对其进行结 构强度模拟 ，计算分析 内衬预应力混凝土在钢绞线 张拉工况和隧洞设计水头工况下的环 向应力分布规 律并验证其强度能否满足设计要求。 2 计算模型 穿黄隧洞深埋于黄河河床的软土层中 ，隧洞结构 体主要承受来 自于外部的土压力荷载以及来 自于内 部的内水压力荷载(约0．5MPa)。本文主要针对预 应力内衬进行结构强度有限元计算分析。根据穿黄 隧洞衬砌结构受力特性 ，即内衬与外衬之间设置软垫 层 ，使内衬 、外衬分别独立承担内水压力和外部水土 压力 ，可隔离内衬单独建立模型进行强度分析。 计算模 型沿 纵 向取 一节 内衬 (长 81TI)，内径 7000mm，壁厚为450mm。预应力锚索沿纵向布置 为每 400mm一束 ，张拉吨位为 2500kN，预 留锚具 槽分布于衬砌下半 圆的左右两侧 ，沿纵 向成错位布

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