堆石坝面板混凝土施工期温度和应力全坝段仿真分析

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1、第33卷第3期华北水利水电学院学报Vol_33No．32012年6月JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerJun．2012文章编号：1002—5634(2012)03—0009—04堆石坝面板混凝土施工期温度和应力全坝段仿真分析陈守开，马大仲，郭利霞，郭磊(1．华北水利水电学院，河南郑州45001l；2．河南华北水电工程监理有限公司，河南郑州450011)摘要：针对堆石坝面板混凝土易开裂问题及其结构特点，开展了面板混凝土施工期温度和应力变化规律的仿真研究．依托某混凝土面板堆石坝工程，建立了三维仿真

2、计算网格；采用三维不稳定温度场和应力场的有限元仿真计算程序，对堆石坝面板全坝段施工过程的温度和应力进行了动态仿真计算和分析．结果表明，堆石坝面板施工期内部拉应力较大，且最大拉应力出现在最大温降龄期；此外，面板短间歇面施工期拉应力较小，长间歇面在上层混凝土浇筑后拉应力较大．关键词：混凝土面板；面板堆石坝；温度；应力面板堆石坝的钢筋混凝土面板作为防渗主体结利用变分原理，对式(1)采用空间域离散、时间构，其抗裂能力尤为重要⋯．虽然面板厚度较薄，但域差分，引入初始条件和边界条件后，可得向后差分由于其采用了高标号混凝土(水泥含量高，水化放的温度场有限元计算递推方程热速率快)，施工速度快且沿高程方向不

3、设缝，受坝(H+足)一To+Fn~l=0(2)体(主要为垫层和过渡层)约束作用强，使得温式中：日为热传导矩阵；R为热传导补充矩阵；T为度应力成为影响面板混凝土抗裂能力的关键因素．结点温度列阵；F+为结点温度荷载列阵；n为时段近几年对堆石坝面板裂缝问题的研究表明，面板裂序数；At为时间步长．缝尤其是贯穿性裂缝主要是温度应力引起的．根据递推公式(2)，若已知上一时刻的结点计这些研究过程的仿真分析通常采用二维有限元模算温度，可推出下一时刻的结点温度型，忽略了沿面板宽度方向的传热及约束，计算结果1．2应力场基本理论和有限元方法存在偏差．为此，笔者依托某混凝土面板堆石坝工程混凝土在复杂应力状态下的应

4、变增量包括多个进行三维全坝段模拟和仿真计算，分析混凝土面板方面，即在施工期温度和应力的变化规律．△￡=△8E+△：+A：+△s：+△8：(3)1仿真计算理论和方法式中：△￡为总应变增量；△g：为弹性应变增量；△：为徐变应变增量；△为温度应变增量；△￡：1．1不稳定温度场基本理论和有限元方法为干缩应变增量；△s：为自生体积应变增量．在计算域R内任何一点处，不稳定温度场由物理方程、几何方程和平衡方程可得任一时T(，Y，，t)须满足热传导方程⋯段△在区域上的有限元支配方程箬—a—￡=a(I、等—a+雾—a+—a—)／l+十—0a—0㈩ll，△艿=△P+△P+△P+△P+△P?式中：为温度，oC；

5、a为导温系数，in／h；为混凝(4)土绝热温升，℃；t为时间，d；．r为龄期，d．式中：△艿为区域兄内所有节点3个方向上的位移收稿日期：2012—03—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(50779010；51109081)．作者简介：陈守开(1980一)，男，浙江温州人，讲师，博士，主要从事水工结构工程混凝土温控防裂方面的研究10华北水利水电学院学报2012年6月增量；为整体刚度矩阵；AP，△P，△P，△P，过渡层．由于面板很薄，堆石体对施工期面板混凝土△P?分别为△时段内由外荷载、徐变、变温、干缩、温度和应力的影响很小，因此，简化大坝堆石体的网自生体积变形引起的等效结点力增量．格划

6、分，以减小工作量．此外，大坝上游盖重区在I期面板混凝土浇筑后经过较长时间后才施工，其对2工程应用后期面板混凝土仅有自重和隔热两个方面的影响．2．1工程概况因此，可简化上游盖重区的网格划分．基于这一思想某水利枢纽工程大坝为钢筋混凝土面板堆石进行网格划分，大坝全坝段模拟三维计算网格如图坝，坝址位于岩溶地区，坐落于水软性岩层上．大坝1所示，网格节点总数12649个，单元个数1l732坝顶高程1335．0nl，最大坝高162．7n1．坝顶长约个．坝体采用4种材料，用于上游盖重区、面板混凝363．0m，坝顶宽10．6n1．上游坝坡1：1．404，下游坝土、垫层、过渡层和堆石区．坡1：1．250．上游

7、面用C30钢筋混凝土面板防渗，厚度t=0．3+0．0035H，H为计算截面至面板顶部高度，ITI．趾板置弱风化岩体上，厚1m，宽6111，在趾板顶、外侧迎水面高程1259．0111以下范围涂刷水泥基结晶型防水材料．堆石坝体分区如下：面板上游为铺盖区和盖重区，面板后为垫层区、过渡区、主堆石区、主堆石排水区、下游堆石区、下游护坡等，垫层水平宽3．0nl，过渡区水平宽5．0m．混凝土施工配合比见表1，表中混凝土标号C30W12