08923地下輸煤隧道计算方法探讨.doc

地下输煤隧道计算方法探讨 姜东李红星刘明秋摘要关键词输煤隧道引言 地下输煤隧道是一种地下特种结构在火力发电厂结构设计中重要，具有工程量大设计难度大特点。当前结构截面大，配筋率高和抗裂性不易满足，成为主要难题。因此设计理论和设计方法，对结构的安全性和经济性都有着十分重要的意义。本文结合韩城电厂实际的工程情况，采用有限元软件和，端铰接把土体简化为弹性支座周围土体计算模型 几何模型和参数 隧道总长24 m内部净空宽度7 m，高度2.7 m侧壁厚1.2 m，顶板和底板厚1.1 m，顶板以上覆土厚度11.851 m。覆土：密度19N/m3，内摩擦角20°。混凝土：设计强度等级C30，弹性模量Ec=30 GPa，泊松比为0.167。 图1 模型 .2 荷载取值 顶板上回填土的自重汽车的荷载共计236.8 N/m3，顶板自重27.5 N/m3，侧壁传到底板的自重27.8 N/m3，荷载简图见图１。 .3 计算模型 施加铰接约束，一端约束三个方向，另一端约束竖向，见图２。在杆件外侧施加固定约束，见图３。在土体四周施加固定约束，见图４。 图２　 图３　 图４计算模型分为组第组是为了比较不同计算长度的影响第组是为了比较不同单元类型的影响；第组是为了比较不同边界约束的影响~5为不考虑地基影响的各种模型之间的比较，以便于合理选取弹性地基计算的模型。模型6和7考虑了地基的影响，模型6将会考虑土体特性，即弹簧刚度变化的影响，模型7是采用另外一种约束方式验证模型6的计算结果。表1中模型5为简化计算方法使用的模型，采用STAAD计算软件，其余模型采用ANSYS计算软件进行分析，软件输出模型的图形见图5~11。 表1 计算模型 组 模型号 模型描述 加载情况 边界约束 第 一 组 模型１ 1长实体单元 四个边都加荷载 约束1 模型２ 10长实体单元 四个边都加荷载 约束1 模型３ 24长实体单元 四个边都加荷载 约束1 第 一 组 模型 梁单元 四个边都加荷载 约束1 模型 杆件单元 四个边都加荷载 约束1 第 组 模型 1 m实体单元，将底部的土体简化为杆 仅在顶板和侧壁加荷载 约束2 模型 24 m实体单元，考虑底板下周围25 m范围内的土体 仅在顶板和侧壁加荷载 约束3 图模型１ 图模型２ 图 模型３ 图 模型４ 图 模型５ 图1 模型６ 图1 模型７ 计算结果比较 为了比较各个模型下的内力，沿隧道四周取出7个控制截面，将力列于表24中。隧道壁外侧受拉为正，内侧受拉为负。 .1 不同计算长度模型之间的比较 不同长度计算模型的弯矩表2不同计算长度模型的比较 模型 顶板跨中 顶板 端部 底板 跨中 底板 端部 侧壁 跨中 侧壁 上端 侧壁 下端 模型 -1 011 607 -1 098 690 1 041 1 115 1 211 模型 -997 602 -1 082 680 1 032 1 107 1 201 模型 -1 007 608 -1 094 693 1 040 1 113 1 206 由表2可以看出：计算单元长度在1~24 m变化时，计算结果差别在2%以内因此将隧道简化为1 m单元进行计算是可行的。.2 不同单元类型模型之间的比较 不同单元类型模型的弯矩表3不同单元类型模型的比较 模型 顶板 跨中 顶板 端部 底板跨中 底板 端部 侧壁跨中 侧壁 上端 侧壁 下端 模型梁单元 -1 050 498 -1 140 551 884 964 1 011 模型杆单元 -1 096 522 -1 198 591 950 1028 1 115 模型实体单元 -1 011 607 -1 098 690 1 041 1 115 1 211 由表3可以看出：杆单元的跨中弯矩最大，其次是梁单元，实体单元，因此简化计算方法中将单元类型简化为杆件单元与实际相差在10%左右。由于侧壁对顶板和底板提供的刚度越大，其跨中弯矩越小，可见把模型简化为其他单元时，把节点处的刚度都不同程度考虑小了。.3 不同边界约束模型之间的比较 　　采用模型时，地基基础的刚度的变化范围，1×10 ~ 1×108 kN/m[3-4]，弯矩 表4不同边界约束模型的比较