混凝土重力坝施工期温控仿真分析

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1、孔骏等：混凝土重力坝施工期温控仿真分析45DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．02．019混凝土重力坝施工期温控仿真分析孑L骏，闫雪，丁海玲(河海大学力学与材料学院。南京210098)【摘要】温度荷载是重力坝施工期的主要荷载之一，温度变化对重力坝应力状态的影响十分明显。为防止裂缝，控制混凝土温差是关键。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种通水冷却措施方案的仿真计算研究和对比，得到了该工程的温控保护最优方案。如何模拟大坝的实际浇筑过程，通过仿真计算研究施工期大坝的温度场，采取合适的温控措施，对坝体

2、的施工和安全监测有着重要的意义。【关键词】温控；重力坝；水管冷却；仿真分析【中图分类号】TU755【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)02—0045—03温度荷载是重力坝施工期的主要荷载之一，温度筑，每层浇筑块划分3层网格，如图1所示。变化对重力坝应力状态的影响十分明显。为防止裂缝，控制混凝土温差是关键。如何模拟大坝的实际浇筑过程，通过仿真计算研究施工期大坝的温度场和应力场，采取合适的温控措施，对坝体的施工和安全监测有着重要的意义。文中通过有限元软件ABAQUS结合工程实际对东北地区某混凝土重力坝施工期的温度场进行仿真计算，通过模拟不同通水冷却

3、方案对图1典型坝段带地基图坝体温度场进行仿真分析，给出该坝体施工期的温控措施建议。温度场计算中，边界条件为坝体两侧按绝热处1大体积混凝土温度场计算原理理，上下游面与空气接触，为第三类边界条件；地基表由于水泥水化热的作用，混凝土坝在浇筑过程中面裸露部分与空气接触，其余各面按绝热处理。应力坝体内部温度随着时间不断变化，属于典型的具有内场计算边界条件为：地基按地面完全固定处理，地基部热源的热传导问题，即非稳定温度场问题。根据热上下游面设置方向约束，左右两侧面设置z方向约传导理论，特定区域R内的三维非稳定温度场r(x，Y，束，其余为自由边界。z，7-)应满足以下控制方程(1

4、)及初始边值条件本模型坝体部分高38．7m，长34m，宽16m。坝体(2)：浇筑总时间为100d。此重力坝采用整层浇筑，每层厚(，++、)+一O(，1、)3m或4．5m，混凝土浇筑温度为10％，一期冷却15d，r冷却水温1O℃。初始条件和边界条件为：3温度场结果分析f=0计算方案如表1所示，典型节点位置见表2。F=F1表1温度场方案+(—Ta)=；F=F2(2)在边界厂。上满足第一类边界条件，在边界上满足第三类边界条件。2计算模型和施工条件文中采用三维有限元法进行仿真分析，选取混凝土重力坝挡水单坝段作为研究对象。模型由地基和3．1方案1坝体两部分组成。分析中采用六面

5、体八节点单元，单计算条件：坝体上下游与空气接触，两侧面绝热，元总数9936个，节点总数12024个。坝体按10层浇地基表面未覆盖部分与空气接触。孔骏等：混凝土重力坝施工期温控仿真分析47调整为15d后，混凝土高温区域随浇筑层的上升而上应适当延长。升，受水管冷却的作用，高温部分温度迅速降低，最终(2)方案2与方案3的结果对比：节点4940的温度达到21℃，满足要求；靠近坝基部位的混凝土温温度变化趋势基本一致，方案2中节点温度在浇筑后度较低，因其受地基温度影响，同时靠近坝体下游表第5d达到峰值，然后受水管冷却作用开始下降，第面的混凝土温度随外界气温而波动，当混凝土内部温

6、60d时温度降为25．2~C，第60d时受新浇混凝土影响度高于外界气温时，与空气传热，降低温度，反之，发温度上升，后期温度受气温影响，缓慢下降，基本稳定生气温倒灌，混凝土温度随之升高。在2l℃左右；方案3中，混凝土浇筑后前10d温度变化同方案2，之后继续受水管冷却作用，故温度继续降低，至一期冷却结束；第65d时温度降为17．75℃，后期温度缓慢下降，基本稳定在16"12，比方案2减小了5~C，比方案2更加有效的降低了混凝土温度，进一步减小了内外温差。故一期冷却15d的方案3更加符合本工程的实际需要。图8顺水流剖面温度图9顺水流剖面温度(3)根据以上方案数据的对比分析

7、可知，水管云图(6月2日)云图(7月27日)冷却能够有效降低混凝土内部水化热温升的峰值，减选取不同位置点，观察其温度历时变化情况。缓温升趋势，减小混凝土内外温差，从而降低由内外温差引起的温度应力，有效降低产生温度裂缝的可30，＼能性。f＼204结语．一~=：一f＼f／赠l0(1)通过有无水管冷却及不同一期冷却天数的方案对比可知：一期冷却15d条件下，混凝土温升峰值0为27．5~C，一期冷却结束时，温度降到17．8℃，比无水时间，d管条件下，分别降低了5~C、13％；达到了削峰降温的一上表面点1502一中间点4940一下表面点l159要求。图】0不同高程节点的温度