碾压混凝土坝温度应力的仿真分析

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1、碾压混凝土坝温度应力的仿真分析［摘要］同常规混凝土坝一样，碾压混凝十•坝的温度应力和温度控制问题也很重要和突击。因此，对于比较重要的碾压混凝土坝有必要进行温度应力的仿真分析和温控措施研究。目前，计算机性能得到了大幅度提高，有限元仿真分析软件功能也比较齐全，我们可以对碾压混凝土坝的温度应力问题进行仿真计算和分析。本论文从温度应力仿真分析的角度出发，对碾压混凝土坝温度应力的特点、温度应力的仿真分析方法、温度应力的控制措施等方面进行了比较全面的总结和论述。［关键词］碾压混凝土；温度应力；仿真分析1•概述20多年来，我国修建了许多碾压混凝土坝，在这些碾

2、压混凝土屮也产生了不少裂缝，温度应力是碾压混凝土坝产生裂缝的主要原因乞一。在我国碾压混凝土筑坝初期，不少专家误认为碾压混凝土坝的温度应力不大，可以简化温控，本人対碾压混凝土坝温度徐变应力问题进行了全面系统的研究，首次提出了“在碾压混凝土坝中同样存在温度裂缝问题，因此，対碾压混凝土坝的温度应力和温度控制问题应给予充分重视”的新观点，研究成果为工程界广泛接受，日前对于一般的碾压混凝土坝都要进行温度应力分析和控制就充分证明了这一点。在温度应力方曲，碾压混凝土与常态混凝土相比，有其有利的因素，也有其不利的因素，这些因素错综复杂地交织在一起，为了能得出定

3、量的结果，有必要进行系统全面的研究。鉴于上述原因，笔者从1985年开始，运用有限单元法程序対碾压混凝土坝施工过程中的温度及温度应力特性进行计算研究，系统地计算和分析了各种因素的影响。同时还比较了碾压泪凝土坝和常态混凝土坝在温度和温度应力方面的羌异。大体积混凝土结构温度应力的影响因素很多，主要包括丿施工过程、混凝土材料性能、环境温度、结构形式及运行条件等，这些因素错综复杂地交织在一起，使得温度应力的变化非常复杂。只有通过仿真分析才能真正揭示大体积混凝土结构的温度应力变化规律和分布状况，从而采収合理的温度控制措施，减小温度应力，防止大坝产生裂缝。在

4、计算机性能大幅捉高后，我们可以对碾压混凝土坝的温度应力问题进行仿真计算。冃前，冇限元仿真分析软件的功能比较齐全、可以充分考虑混凝土坝各种复杂的施工条件，包括混凝土绝热温升的变化、混凝土弹性模量的变化、混凝土徐变的变化、混凝土自生体积变形的变化、外界气温和水温的变化、不同的浇筑温度、水管冷却、表血保温等；能够模拟混凝土坝分层、分块浇筑、施工间歇期的实际施工过程，対坝体逐层浇筑过程中及其使用期的温度场和温度徐变应力进行仿真计算。还可以考虑白重、水压等外荷载。2.碾压混凝土性能的特点碾压混凝土和常态混凝土在性能上的差界，主要是山于配合比不同而引起的。

5、碾压混凝土与常态混凝土相比，用水量小，水泥用量少，掺有人量粉煤灰，从而使得碾压混凝土的性能与常态混凝土有较大差界。(1)强度。同常态混凝土一样，碾压混凝土的抗压强度主要是受水泥标号和水灰比的控制，它也遵守水灰比定则。但是碾压混凝土的抗压强度乂冇不同Z处，它在受水灰比控制的同时，乂受胶凝材料用屋变化的影响，即在水灰比相同的条件下，抗压强度随胶凝材料用量的增加而增加。另外，由于碾压混凝土中掺用大量的粉煤灰，混凝土早期强度较低且增长缓慢，但后期增长较快。(2)极限拉伸值。极限拉伸值是表示混凝土抗裂能力的一•个重要指标，极限拉伸值大，混凝土变形能力大，

6、不易开裂。试验表明，在相同标号吋，碾压混凝土的极限拉伸值较常态混凝土低。(3)绝热温升。碾压混凝土内掺入了大屋粉煤灰，从而使水泥用虽减少很多。由于粉煤灰发热很少,所以碾压混凝土的绝热温升冇一定程度的降低。(4)徐变。混凝土的徐变与胶凝材料的用量有关，T•贫混凝土的徐变度偏小，高粉煤灰掺量的混凝土徐变度不比常态混凝土低。2.碾压混凝土坝温度应力方面的几个关键问题(1)碾压混凝土坝的温度状态。碾压混凝土通常掺用人量粉煤灰，使水泥用虽大为降低，因此碾压混凝土的绝热温升值比较低，其次，大虽掺用粉煤灰后，水化发热速度降低了，不利于早期散热。虽然碾压混凝土

7、浇筑层很薄，有利于散热，但通常层面间歇时间较短，所以施工期间层而散热并不多，大部分水化热积蓄在混凝土坝内部，形成相当高的温度。(2)碾压混凝土坝的基础约束。碾压混凝土坝采用薄层通仓浇筑，不设纵缝，基础约束作用人，约束范围高，对基础不平整度也比较敏感，因而与柱状浇筑块相比，在棊础约束方面是不利的。在同样的温差作用下，基础约束作用大，温度应力就大。(3)碾压混凝土的抗裂能力。碾压混凝土的抗裂能力一般比较低。(4)水平和铅直裂缝。对于通仓浇筑的坝，由于坝体内部的高温降低很缓慢，在冬季低温和气温骤降的作用下，内外温差大，比较容易在表而产牛水平和铅直裂缝

8、。(5)荷载。由于坝体内部的高温降低很缓慢，当坝内温度降低到稳定温度场时，即最大温度应力发生时，大坝已经蓄水运行，水压、自重、温度应力三种荷载同时作用