仙居抽水蓄能电站蜗壳混凝土施工仿真研究

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1、第14卷第1期中国水利水电科学研究院学报Vo1．14No．12016~2．,qJournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchFebruary，2016文章编号：1672—3031(2016)O1—0029—07仙居抽水蓄能电站蜗壳混凝土施工仿真研究何少云，许其光2，王泽华3，张研，蒋林华(1．浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江仙居317300；2．中国水利水电第十二工程局有限公司施工科学研究所，浙江建德311600；3．河海大学力学与材料学院，

2、江苏南京210098)摘要：浙江仙居抽水蓄能电站装配了大功率水轮发电机组，其蜗壳的大体积混凝土施工存在温度应力大并造成开裂的风险，影响机组正常运行。为探究蜗壳温度应力，对1机组蜗壳混凝土进行了考虑施工过程的三维实时仿真计算，对关键位置进行了应力分析，提出施工期降低早期温度应力的建议措施。关键词：仙居抽水蓄能电站；蜗壳；施工过程；三维仿真中图分类号：TU528文献标识码：Adoi：10．13244~．cnki．jiwhr．2016．01．0051研究背景在大体积混凝土结构浇筑过程中，对温度以及温度应力的控制具有重要

3、意义。温度变化对结构的应力具有很大的影响⋯。大体积混凝土浇筑完成后，在固结硬化过程中将会放出大量的水化热，进而导致混凝土自身温度的上升。由于混凝土的导热性能比较差，结构内部早期水化热产生较大的温度梯度，往往造成结构开裂，甚至出现贯穿性裂缝，影响工程安全。浙江仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫山乡境内，枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。从2013年9月开始主体工程混凝土浇筑，至2014年6月已浇筑混凝土方量约8．5万nl。电站1一4机组将按次序先后浇筑，其蜗壳结构混凝土浇筑量

4、大，l机组首先浇筑且浇筑时间跨越夏、秋、冬三季，其早期温度变化幅度较大，引起的早期温度应力很可能会造成严重开裂事故。考虑到机组蜗壳的重要性，若其发生开裂影响整个电站的正常运营。本文应用基于等效时间理论的混凝土非线性热传导方程，借助GID有限元分析软件对仙居电站1机组蜗壳大体积混凝土的浇筑过程开展三维实时仿真研究，结合理论和有限元手段，计算分析典型位置的应力特征，提出相应的温控措施。2理论基础2．1经典的热传导方程2．1．1热传导方程将混凝土考虑成均匀、各向同性的固体，其内部或表面的某一点，在某一瞬时的温度i，Y，

5、z，t)，考虑水泥的水化热作用，在混凝土内部释放放出水化热，则依据Fourier热传导理论，可得到下列三维不稳定热传导方程：：D+(1)dd￡式中，D为导温系数，m／h，D=Alcp，A为导热系数(kJ／m·h·oC)，c是比热容(kJ／kg·oC)，P为混凝土收稿日期：2015—09—13基金项目：国家自然科学基金项目(50808066，512781670)；国家教育部基金项目(2009512812)作者简介：何少云(1975-)，男，江西崇仁人，高级工程师，主要从事水利水电工程研究。E-mail：316381

6、350@qq．tom通讯作者：许其光(1963-)，男，浙江建德人，高级工程师，主要从事工程试验与研究。E-mail：xpg8889@126．corn一29—仙居抽水蓄能电站蜗壳混凝土施工仿真研究何少云许其光王泽华张研蒋林华密度；为混凝土绝热温升(oC)。2．1．2定解条件通过热传导方程，可建立物体的温度与空间、时间的关系，但满足热传导方程的解有无限多个，为了确定需要的温度场，还必须知道初始条件和边界条件。初始条件和边界条件合称为定解条件。初始条件：当t=0时，初始瞬时的温度分布为：(，Y，，0)=To(x，Y，

7、z)=常数(2)式中，To(X，Y，。1为给定的初始温度。边界条件：确定需要的温度场所需的边界条件共有3种，分别为已知温度边界、绝热边界和热交换边界。(1)第一类边界条件(已知温度边界)，已知温度边界上混凝土表面温度是时间t的已知函数(，Y，，t)：Tb(t)(3)式中，为已知气温或水温，为给定的温度。(2)第二类边界条件(绝热边界)，若混凝土边界为绝热边界，与周围介质无热量交换，则有：=0(4)式中，n为边界的外法线方向。(3)III第三类边界条件(热交换边界)，第三类边界条件假定经过混凝土表面的热流量与混凝土

8、表面温度和气温之差成正比，即：一Adn=／3(、T-)(5)式中，卢为混凝土表面放热系数，kJ／(m。·h·℃)；为外界气温。当表面放热系数p趋于无穷大时，=，热交换边界条件转化为已知温度边界条件；当表面放热系数／3=0，=0，热交换边界条件转化为绝热边界条件。2．2基于等效时间理论的热传导方程2．2．1等效时间的定义水泥和水的水化反应是一种放热反应，一般情况下，只要有水