常态混凝土高拱坝温控措施敏感性仿真分析

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1、第41卷第8期人民长江VoI．41．No．82010年4月YangtzeRiverApr．，2010文章编号：1001—4179(2010)08—0067—04常态混凝土高拱坝温控措施敏感性仿真分析凌骐，黄淑萍，张志超，曾为成(河海大学土木工程学院，江苏南京210098)摘要：依据某常态混凝土拱坝的详细施工进度和实际监测资料，采用三维有限单元法对拱坝横缝灌浆前进行了施工期仿真计算。重点讨论了该拱坝分别采用两种不同温控措施后，坝体内温度场和温度徐变应力场的分布情况。通过敏感性分析，比较了两种温控措施的效果及实际作用，所获得的结论对于同类工程的设计和施

2、工有一定的参考价值。关键词：敏感性分析；有限元仿真；温控防裂；混凝土温控；拱坝中图法分类号：TV642．4文献标志码：A近几十年来随着土木工程和水利工程的迅速发1计算原理展，混凝土筑坝技术也不断进步。在水工建筑物中，大体积混凝土结构十分常见，对于这些挡水建筑物，例如1．1大坝瞬态温度场混凝土拱坝，必须进行温度场和温度应力场仿真分析，在混凝土坝施工期，由于水泥水化热的作用，混凝并采取合适的温控措施，以防止坝体产生比较大的拉土的温度将随时问而变化，属于具有内部热源的热传应力及出现裂缝。目前普遍采用的温度控制措施主要导问题。瞬态温度场T(，Y，z，)在区

3、域R内应满足有：合理的结构形式和适当的分缝分块、降低混凝土浇下列方程及边值条件2J：筑温度、按高度分层施工并设置间歇期、布置冷却水管进行强制冷却、改善混凝土性能以及进行表面保护等。—OaT—丁=Ⅱl窘—a+oO2y7，,+—Oz)J+—aO0—tr(l、1l)J由于每个工程的地理位置、气候环境、坝型结构、混凝初始条件和边界条件为：土材料性能等条件都不尽相同，因此所使用的施工方案和温控措施也大相径庭。国内一些学者及科研单位J，T：=To(，Y，z)厂==厂0也就其中的部分工程进行了深入研究探讨，例如文献[1]对普定碾压混凝土拱坝的温度场和温度应力进行

4、【。(OT++：)+卢(T一Ta)：0F：F2了仿真分析，提出了合适的温控措施并已应用于该工其中，(，y，z)为给定的初始温度；Tb为给定的边程。界温度；为气温；，n，为表面外法线方向余弦；与碾压混凝土拱坝相比，常态混凝土拱坝由于水泥用量相对较多，施工方法也完全不同，坝内温度场和为介质表面放热系数，口为导温系数。应力场具有其自身的特点，因此施工期的温控措施非在边界厂。上满足第一类边界条件，在边界厂上常重要。本文依据某在建常态混凝土高拱坝的详细施满足第三类边界条件。根据变分原理，热传导方程工进度和实际监测资料，应用三维有限单元法，重点研(1)等价于泛

5、函(2)的求极值问题：究该拱坝典型坝段分别采用不同温控措施后，坝内温，()=Ⅲ{[()+()2+(+度场和温度徐变应力场的分布情况。收稿日期：2009—10—21作者简介：凌骐，男，博士研究生，主要从事高性能计算与工程仿真研究。E—mail：Lq68人民长江10TT体20节点等参单元21160个，节点93439个(如图一0d丁，dO+『『(譬二一／3Tor)ds(2)1)。仿真计算采用由工程设计单位提供的基本数据基于上述理论，可利用Fortran编制三维有限元仿资料，具体参数列于表1中。真计算程序对混凝土坝施工期瞬态温度场进行模拟。1．2大坝温度徐

6、变应力场在温度荷载作用下，混凝土不仅产生弹性变形，而且随时间的增长产生徐变变形。混凝土的徐变变形不仅取决于其应力状态及其历时、持荷时间、加荷龄期，还受温度及其历时的影响。根据大量试验研究可知，温度变化除了影响混凝土的基本徐变外，当温度第一次升温至某一值时，还将产生瞬态徐变。根据虚功原理，不难导出计算混凝土结构在热、力作用下单元的温度徐变应力矩阵方程：[]{△6}={△P}+{△P：}+i△尸：}+{△P：}+{AF}(3)图1典型坝段网格剖分效果式中，[K]为单元刚度矩阵；{△6}为单元结点位3典型坝段施工期温度场分析移增量向量；{△尸为瞬态徐变等

7、效荷载；{△P：}为n时段基本徐变增量等效荷载；{△}施工期坝体内温度场的形成主要与施工工艺、自为单元温差变形增量等效荷载；{△}为自生体积然气候环境以及温控措施等条件有关。在材料性能不变形增量等效荷载；{△，}为时段单元结点力增易改变的情况下，温控措施的效果将直接影响到施工量。期温度场分布情况。该拱坝在施工初期采用了温控措集合所有单元即可求得结构的整体应力分析矩阵施方案①，而在施工中后期则改为方案②。具体来说，方程。求出结点位移后，结构应力易于求得。温控措施方案①的特点是施工过程中沿上下游方向将混凝土仓面分为3个冷却区，分区分批地进行二期冷2工程

8、概况、研究背景及计算模型却，目的是为了在坝体上下游方向形成封拱要求的温该工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙、航运等度梯度