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高温隧道衬砌结构的平面温度

李萌  
【摘要】: 本文主要研究了高温下隧道衬砌的温度-应力场及分析高温下衬砌应力场的变化问题。 本文针对高温问题引起隧道结构病害和研究进展展开调研,总结和分析了隧道结构和围岩的热传导特点和过程,建立了高温隧道衬砌温度-应力场的平面计算模型,并依据热力学、土力学及弹性力学理论,建立了隧道结构的平面热传导微分方程,探讨了隧道结构温度-应力计算边界条件,并进一步推导隧道衬砌结构平面温度-应力的计算公式; 其次,确定了热传导的热力参数;根据热传导微分方程,推导出隧道衬砌结构平面温度-应力的差分法计算递推公式,其中还推出了温度场及衬砌-土体交界面的温度-应力公式; 最后,并编写计算流程及相应的计算机程序,论文主要计算了以下几种情况的温度-应力:80℃、100℃、150℃及200℃,并分析了高温下隧道衬砌应力场的变化与相关参数对其的影响。计算表明,高温下,隧道内和土体间存在大温度梯度,在混凝土衬砌内部会产生压应力,表面会产生拉应力,且大温度梯度会引起较大的表面拉应力或者收缩应力,可能会在混凝土表面产生表面裂缝或收缩裂缝,对衬砌结构带来严重的危害,对进一步需要研究的内容进行了展望。


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