寒冷地区混凝土重力坝温控措施研究

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1、丁海玲等：寒冷地区混凝土重力坝温控措施研究9寒冷地区混凝土重力坝温控措施研究丁海玲，闫雪，孔骏(河海大学力学与材料学院。南京210098)【摘要】东北地区某水库区拟修建混凝土重力坝，该地区气候条件恶劣，每年冬季有5个月左右不能浇筑混凝土，温度控制及防裂难度大。文中采用有限元软件ABAQUS对该坝体施工期的温度场和应力场进行仿真分析。通过对3种表面保温措施方案的对比，得到了该工程的表面保护最优方案，同时对该最优方案进行通水冷却仿真计算研究。研究结果表明：采取该保温及通水冷却措施对改善坝体温度分布，降低温度应力，防止坝体出现裂缝具有重要意义

2、。得到的结论对类似工程具有一定的参考价值。【关键词】寒冷地区；重力坝；表面保温；水管冷却；仿真分析【中图分类号】TU528．0【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)12—0O09—04在寒冷地区建设混凝土坝，气候条件较差，年中间、加载期龄，尚受温度及其历时的影响。根据大量极端最低气温和最高气温的变幅可能超过50~C。经试验研究可知，温度变化除了影响混凝土的基本徐变验表明，大体积混凝土裂缝多数是由温度应力引起C(t，r)外，当温度第一次升温至某一值时，还将产生的，而保温是防止表面裂缝的最有效措施n】。在冬瞬态徐变C(T

3、，t，r)。根据虚功原理，混凝土结构在季入冬前浇筑的混凝土内外形成巨大的温差，很容易热、力作用下单元的温度徐变应力矩阵方程为】：产生裂缝，且表层混凝土在冬季温度降得很低，次年【j(】e{AS)c={△P：c+t△P)。+{AP：)e气温回升后浇筑的新混凝土温度较高，形成巨大的上+{AP：)e+<△)。(3)下层温差，故应特别加强混凝土的表面保护。文中通式中[K]。为单元刚度矩阵，{△6}。为单元节点过有限元软件ABAQUS结合工程实际对东北地区某位移增量向量，{△P为瞬态徐变等效荷载，t△P：混凝土重力坝施工期的温度场及应力场进行仿真计

4、算，通过模拟不同表面保护措施方案，得到该工程最为lrg时段基本徐变增量等效荷载，{△Py为单元温差优保温措施，并结合通水冷却方案对坝体温度场及应变形增量等效荷载，t△P：)e为自身体积变形增量等效力场进行仿真分析，给出该坝体施工期的温控措施荷载，{AF为r／,时段单元节点力增量。根据有限元建议。方法可以求得位移以及应力。1混凝土温度和徐变应力的计算原理2工程实例的基本资料由于水泥水化热的作用，混凝土坝在浇筑过程中坝体内部温度随着时间不断变化，属于典型的具有内表1坝址多年各月气温特征℃部热源的热传导问题，I~Ptlz稳定温度场问题。根据热

5、传导理论，特定区域R内的三维非稳定温度场(，，，．r)应满足以下控制方程(1)及初始边值条件(2)：—a—下==口口(I、等—a+—(9y—2+-(g_zz．)，1+十-aJr‘(1l)J初始条件和边界条件为：=ro(y，)r=0，，注：文中根据表1所给气温资料并参照朱伯芳院J=r=r士的《大体积混凝土温度应力与温度控制》n采用余弦函数模拟气温变化公式：【口(++OTn)一=0；r=F：=9·5+15．9×c。。【×(．r一201)J(4)(2)在边界r。上满足第一类边界条件，在边界r上式中，为气温，cI=，7．为时间，d满足第三类边界

6、条件。某水库混凝土重力坝位于我国东北地区，是以供混凝土徐变变形不仅取决于其应力状态、持荷时水、防洪为主，兼顾农业灌溉及改善环境的大型综合10低温建筑技术2014年第l2期(总第198期)利用水利枢纽工程。混凝土重力坝长391．Om，最大坝保温材料厚度为16cm，其等效放热系数为14．9kJ／高45．20m，坝顶高程为136．40m。坝由左、右岸两部(m·d·cI=)，下游及越冬面保温材料厚度为32cm，分组成，主要包括混凝土挡水坝段、溢流坝段、门库坝其等效放热系数为1O．3kJ／(m·d·oC)；工况4：考段、引水坝段、挡水副坝以及输水

7、隧洞。根据施工进虑水管冷却，水管布设方式为梅花形，间距为1．5mx度计划，坝体混凝土从8月开始浇筑，在第三年10月1．5m，一期冷却15d，冷却水温为l0℃其他条件同工底施工完毕。文中选取右岸某挡水单坝段作为研究况3。对象，该坝段坝底高程为89m，坝顶高程为127m，坝高表3混凝土施工进度及计算条件38m，长34m，宽16m。采用C20常态混凝土，混凝土的导温系数为2．8IrI2／h，导热系数5．5kJ／(m·h·℃)，比热为0．9kJ／(kg·℃)，线膨胀系数为8．0×10～／~C，泊松比为0．22。表1为坝址多年气温特征表。表2为该

8、混凝土的弹性模量等试验值。表2C20混凝土试验值注：文中根据朱伯芳院士提出的混凝土允许拉应3．3计算结果及分析力公式⋯计算混凝土坝允许拉应力：3．3．1表面保温计算结果与分析尺．该重力坝浇筑至第五层时进入越