倒虹吸管身冬季施工温控仿真分析及应用实例

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1、第26卷第7期农业工程学报Vol.26No.72010年7月TransactionsoftheCSAEJul.2010175倒虹吸管身冬季施工温控仿真分析及应用实例112郭磊，汪伦焰，许庆伟（1．华北水利水电学院水利学院，郑州450045；2．黄河建工集团有限公司，郑州450052）摘要：倒虹吸管是输水引水及灌溉工程中的一种重要交叉建筑物。针对管身混凝土结构施工期易开裂问题，认为结构的内外温差、基础温差是这类裂缝产生的主要原因。结合混凝土温度场应力场的基本原理的精确算法，通过三维有限单元法对施工期沁河倒虹吸进行仿真计算，分析混凝土施工期应力场的时空变化规律，得出管

2、身裂缝容易出现的部位。首次在南水北调中线工程焦作市段采用了模板外面贴高压聚乙烯苯板的保温方法，计算结果表明，混凝土的允许抗拉强度能达到1.6的安全系数，因而得到成功的防裂效果，值得类似工程应用推广。关键词：倒虹吸，温控防裂，温度场，仿真计算doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.07.031+中图分类号：TV521，TV672.5文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)-07-0175-06郭磊，汪伦焰，许庆伟.倒虹吸管身冬季施工温控仿真分析及应用实例[J].农业工程学报，2010，26(7)：175－180.GuoLei

3、,WangLunyan,XuQingwei.Simulationandapplicationonconcretetemperaturecontrolmeasuresforinvertedsiphonsinwinter[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(7):175－180.(inChinesewithEnglishabstract)得十分必要。0引言大型倒虹吸由于其结构无主梁、次梁的特殊性，类在南水北调基础设施工程建设当中，有很多渡槽、似的防裂经验偏少，尤其在深冬季节施工。通过仿真计倒虹吸、涵洞、挡土墙和泵站等混凝土结构，这类结构

4、算，得到管身混凝土容易发生裂缝的危险部分，进而采相对大坝而言比较单薄，施工期容易产生温度和收缩裂用有效的温控措施和合理的施工工序，其模板外面贴高[1-7]缝。20世纪初，美国等西方国家就开始大体积混凝土压聚乙烯苯板的保温防裂方法首次运用在南水北调中线温控与防裂的研究，取得了显著的成果，并在水利水电工程焦作市段，从而达到管身混凝土的防裂效果。工程实践中得到广泛的应用。中国从20世纪50年代才1基本理论与仿真计算方法开始进行这方面的研究，80年代以后，随着大型水利水电工程相继开展，混凝土温度防裂研究也进一步深入和1.1非稳定温度场计算发展，取得了可观的成果，并达到了世

5、界先进水平。在在计算域R内任何一点处，不稳定温度场T(x,y,z,t)大体积混凝土温度应力分析方面基本上成熟，但在温控须满足热传导方程与防裂措施方面，尚需进一步研究补充与创新，尤其是T2T2T2Ta0（1）在特殊季节条件下的防裂举措方面需要针对具体结构进222txyz行专门研究。式中：T——温度，℃；a——导温系数，m2/h；θ——0倒虹吸管是输水引水及灌溉工程中的一种重要交叉混凝土绝热温升，℃；t——时间，d；τ——龄期，d。建筑物。因而其结构的安全性显得十分重要，根据利用变分原理，对式（1）采用空间域离散，时间域

6、DL-T5144-2001《水工混凝土施工规范》规定，工程所在差分，引入初始条件和边界条件后，可得向后差分的温地的日平均气温连续5d稳定在5℃以下或最低气温连续度场有限元计算递推方程[8]为5d稳定在-3℃以下时，即进入低温季节施工期。沁河倒11[H][R]{T}[R]{T}{F}0（2）虹吸管身段共67节，其施工安排和施工强度的高低决定tn1tnn1nn着整个工程的工期；同时管身段应充分结合河道非汛期式中：[H]——热传导矩阵；[R]——热传导补充矩阵；和汛期水文特点来进行分节分段施工，在非汛期和汛期{Tn}和{Tn+1}——结点

7、温度列阵；{Fn+1}——结点温度荷分别施工不同的管段。由于施工任务的特殊性，必须在载列阵；n——时段序数；Δt——时间步长。根据递推公严寒季节进行施工，混凝土易受早期冻害，而沁河倒虹式（2），有已知上一时刻的结点计算温度{Tn}可以推出下吸所在地理位置于2010年初遇到了建国以来的最大一次一时刻的结点温度{Tn+1}。寒潮，因此，对其浇筑过程中的混凝土防裂仿真计算显1.3徐变应力场计算混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应变收稿时间：2009-01-24修订时间：2010-03-26增量、徐变应变增量、温度应变增量、干缩应变增量和基金项目：国家自然科学基金资

8、助项目（5