输水隧洞衬砌试验用高内水压加载装置研发与承载分析

摘要

高内水压加载装置是输水隧洞衬砌现场1∶1模型受力性能试验研究的关键技术装备。依据厚壁圆筒理论,结合工程试验需施加1.30 MPa内水压力的要求,研发了一种高内水压加载装置。该装置由钢梁和钢框支承双层钢筒,并在钢筒内灌注混凝土形成钢筒混凝土承压筒。承压筒与隧洞衬砌内表面预留100 mm间隙,衬砌两端部内表面预埋外伸钢板,并与钢筒端部环板焊接形成密闭空腔,通过向空腔内注水加压实现对衬砌内表面的水压加载。在确定加载装置各组成部件尺寸的基础上,建立了加载装置与衬砌共同承受空腔内水压力的三维有限元分析模型,分析了加载装置的应力和变形及其加载安全性。结果表明:研发的内水压加载装置结构形式简单、施工便捷,能够提供均匀的梯度水压,解决了输水隧洞衬砌的高内水压试验加载难题。