大体积混凝土温度场控制分析.pdf

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1、工程试验与研究广东建材2013年第3期大体积混凝土温度场控制分析1王建伟·周俊峰z吴浪3(1江西省安全生产科学技术研究中心；2宏盛建业投资集团有限公司；3南昌理工学院)摘要：由于坝体在施工过程中，常因温度应力超过混凝土抗拉强度而使坝体产生裂缝，根据计算实例来分析大坝的温度应力问题，利用限元软件ANSYS进行模拟，对水电站坝体的一个坝段施工期的温度场、温度应力进行了模拟。结果表明：坝体基础常态混凝土垫层部位在外温变化及基岩约束双重作用下，出现了较大的拉应力。混凝土表面铺设保温板后，降低了外界温度对混凝土的影响，垫层部位的最大应力有所减少。由此可见

2、，混凝土表面铺设保温板是降低温度应力的有效措施。关键词：重力坝；大体积混凝土：施工期；表面保护；温度应力在水利工程中由于施工面积大，需要的混凝土体积也越来越多，而大体积混凝土结构特点为施工难度大、体积大、表面系数较小，使得混凝土产生裂缝的机率比较大，一旦施工控制不严，就会造成无法估量的损失。大体积混凝土产生的裂缝大多都是在浇筑过程期问由于温度变化而引起的。当气温突然降低时引起混凝土内外温度变化过大，而产生较大的拉应力，混凝土主要是以压应力大n，2

3、，它的拉应力允许值是压应力的十分之一左右，因此产生表面裂缝的主要原因是这些温度应力的存在口，4

4、。

5、为此，在水利工程大体积混凝土施工过程中要做到控制裂缝的出现，关键在于原材料的选取和配合比的优化，并通过施工工艺的提高，有效地减少温度应力和沉缩应力来控制混凝土的裂缝。对大体积混凝土而言，控制其温度应力，防止和减少结构的裂缝，从而提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能和耐久性是极其重要的阳]。实践经验证明，在大体积混凝土表面铺设保温板是一种有效的温控防裂措施，尤其是对于高寒地区以及受寒潮作用的大体积混凝土建筑物效果十分明显。本文以混凝土重力坝工程为算例，采用等效表面散热系数法计算分析了无保温板条件下坝体的温度应力场，进一步证明了大体积混凝土表面要铺设

6、保温板对于防止表面裂缝的有效性。1工程简介如图1所示建立的重力坝模型，坝高lOOm，下游坝面坡度1：0．7，地基上、下游宽度分别取i00、200m，地基深度取200m，上下游面取水平约束，地基底面取固定约束，坝体受自重和水压力作用，上游河床受到水压力，不计扬压力，混凝土的弹性模量取2iGpa，泊松比取0．167，密度为2400kg／m3，地基的弹性模量取20Gpa，泊松比取0．17，密度为2500kg／m3。给出计算图如图1：图1某重力坝有限元模型2基本资料2．1坝址气温和水温坝址多年平均气温为2．8。C；极端最高气温40．1℃；极端最低气温一

7、49．8。C；多年平均降水量为183．9mm；多年平均蒸发量为1915．Imm；最大积雪深75cm；最大冻土深175cm。本文在模拟过程中，气温按照每个月的旬气温资料进行拟合，水温随水深和旬气温变化。2．2碾压混凝土热力学参数表1坝体混凝土及基岩热力学参数混凝土导热系数导温系数线膨胀系数放热系数绝热温升种类KJ·(m·h·℃1)m2·hX104／℃KJ·(m·h·℃。1)表达式RCC10．1050．0058．667T。=22．47T／(1．15+T)基础垫层混凝土9．8200．00468．667T。=30．18T／(1．15+T)基岩6．870

8、．003197670注：t为混凝土的龄期，以d为单位。一36—广东建材2013年第3期工程试验与研究基岩及坝体混凝土热力学参数见表1。混凝土浇筑层厚为0．3m，总共浇筑高度为121．5m．2．3温度控制方案混凝土浇筑采用自然入仓方式，即不采取任何温控措施，不埋设冷却水管，混凝土表面不采取保温措施，自然入仓方式的浇筑温度为旬平均气温。3温度场汁算结果分析根据相关的资料和施工进度安排，进行了施工期和运行期全过程温度场模拟施工期按每0．1d计算1次坝体温度场，运行期计算了lOa，时间步长为0．05～20d时间步长。从图2可以看出，外界环境较低时，加保

9、温板进行养护，效果更好。通过计算可知，采用自然入仓的方式浇筑，浇筑温度为旬平均气温，不采用任何温控措施，坝体各部位最高温度均超过规范允许最高温度。OI-日wq*"月ww㈩图2方案1温度等值线图从图3可以看出，坝体表面典型点(上游表面点)，其温度受外界环境温度影响较大，在混凝土浇筑之后，其温度先升高，然后开始下降，并且随外界环境温度呈简谐变化，当水库蓄水后，典型点温度为水温。30篁2。0。寒0髻{-1：130图3上游面典型点的温度历时曲线图4结论水利工程中由于施工面积大，需要的混凝土体积也越来越多，而大体积混凝土结构特点为施工难度大、体积大、表面

10、系数较小，使得混凝土产生裂缝的机率比较大，一旦施工控制不严，就会造成无法估量的损失。本文结合某混凝土重力坝工程，采用等效表面散热系数法计算分析了坝体的