混凝土浇筑坯层对坝体温度应力场的影响

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1、第43卷第21期人民长江V01．43．No．212O12年11月YangtzeRiverNov．．2012文章编号：1001—4179(2012)21—0066—04混凝土浇筑坯层对坝体温度应力场的影响谢微，董福品，刘虎虎(华北电力大学可再生能源学院，北京102206)摘要：采用有限单元法对大体积混凝土结构施工期温度应力场进行仿真计算，研究混凝土浇筑坯层厚度和坯层间歇时间对温度应力场的影响。计算结果表明，浇筑坯层对温度应力场的影响与混凝土的水化热反应速率有关。用n表示混凝土水化热达到一半时的龄期，当n值较小时，最大拉应力随着

2、坯层厚度的增大而增大，随着坯层间歇时间的增大而减小。当n值较大时，最大拉应力随着坯层厚度的增大而增大，但随着坯层间歇时间的增大，有的计算工况中最大拉应力先增大后减小，有的计算工况中最大拉应力一直增大。根据计算结果，列出了需要在温度应力场仿真计算中考虑浇筑坯层的计算工况。关键词：有限单元法；浇筑坯层；坯层间歇时间；温度场；温度应力场中图法分类号：TV315文献标志码：A1研究背景([日]+士[R]){丁。}+击[R]{丁。}+{F。}=。混凝土坝通常采用分层浇筑、间歇上升的施工方(1)法，每个浇筑层又分成若干浇筑坯层‘1o，浇

3、筑坯层间式中，[引为热传导矩阵；[尺]为热容矩阵；{r。}、隔一定的时间进行施工。由于浇筑坯层与外界存在热{丁川}为节点温度列阵；{F。}为与边界条件和内部交换，浇筑坯层的施工过程对混凝土坝的温度场具有热源相关的列阵。求解式(2)可得各节点在丁。时的一定的影响，因此，浇筑坯层的设置也会影响到坝体的温度{■+。}，然后可求解出温度应变增量{△sl。在复温度应力。目前，在大体积混凝土结构的温度应力场杂应力状态下，应力增量与应变增量的关系如下H]：仿真分析中，虽然考虑了各种边界条件和施工过程的{△盯。}=影响旧。o，但通常都是假定

4、混凝土浇筑坯层是瞬时浇[西。]({△s。}一{田。}一{△s：}一{△s：}一{△s：})筑完成的，其影响在以往的温度应力场仿真计算中被(2)忽略了。式中，{叼。}为徐变应变；{△占：}为干缩应变；{△占：}为本文采用二维有限元法对温度应力场进行仿真计温度应变；{△占：}为自生体积变形。算，用c++语言编制了相应程序。计算模型中一个有限元法分析的平衡方程：混凝土浇筑层包含多个混凝土浇筑坯层，仿真计算时[K]{△6。}=对浇筑块的坯层厚度和坯层间歇时间进行变化，以计{△P。}‘+{△P。}。+{△P。}7+{△P。}o+{△P

5、。}5算不同坯层厚度和坯层间歇时间条件下的温度场和温(3)度应力场分布，分析混凝土浇筑坯层设置对坝体温度式中，{△P。}‘为外荷载增量；{△P。}。为徐变荷载增应力场的影响。量；{△P。}7为温度荷载增量；{△P。}o为自生体积变形2基本理论荷载增量；{△P。}5为干缩荷载增量。温度场的有限元求解方程为根据式(3)可解出各节点的位移增量{△6。}，由式收稿日期：2012—06—20作者简介：谢微，女，硕士研究生，主要从事大体积混凝土温度仿真分析研究。E—mail：xiewei3016@sina．com第2l期谢微，等：混凝土

6、浇筑坯层对坝体温度应力场的影响67(2)可解出各单元应力增量{△伊。}，累加后，得到各单部的温度要高于前者，由于n较大，水化热发展慢，坯元应力：层施工过程中下部的温度降低幅度小，而上部的温度{盯。}={△盯。}+{△盯：}+⋯+{△矿。}=y{△盯。}高于前者较多，在后期浇筑层热量传导后，导致浇筑块的最高温度高于前者。(4)表l计算方案信息m3计算模型及参数的选取计算浇筑层坯层计算浇筑层坯层方案厚度抒厚度6方案厚度日厚度63．1计算模型l1．5O．342．00．521．5O．553．0O．3混凝土坝浇筑时采用分缝分块方法，坝

7、段宽度一32．O0．463．0O．5般为12～20m，也有达到24m左右的"]，取坝体的一个浇筑块进行分析，考虑浇筑层厚度日=1．5，2．0，由图2可知，当n=1时，最大拉应力随着坯层间3．0m，浇筑层层面间歇7d的工况。根据施工规范对歇时间的增大而减小，在￡<6h范围内，最大拉应力混凝土浇筑坯层厚度和间歇时间的规定，分别计算坯的变化量较小；当n=2，3，4时，最大拉应力随着坯层层厚度6为0．3，O．4，O．5m，坯层问歇时间f为O，3，6，间歇时间的增大，在有的方案中最大拉应力先增大后12，18，24h的工况，其中￡=0代

8、表不考虑浇筑坯层时减小，而在有的方案中最大拉应力一直在增大，在￡<的仿真模型。具体的模型方案信息：’’7如表1所列。·r’，、111：一壁竺：一!：!竺厂!／—(2．o_。．二。4。)一』兰=旦～竺二!二．!．里』监一3．2计算参数，釜：一I!：j!：!：墅!!!：!!：!：亚!／．，一．