孔口坝段高温季节施工温控防裂研究.pdf

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1、第44卷第l5期人民长江Vo1．44，No．152013年8月YangtzeRiverAug．．2013文章编号：1001—4179(2013)15—0034—04孔口坝段高温季节施工温控防裂研究郝志强，唐忠敏2，刘毅(1．中国水利水电科学研究院结构材料所，北京100038；2．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072)摘要：针对高温季节施工的孔口坝段孔口部位的牛腿混凝土最高温度超标以及牛腿与坝体主体混凝土温差过大的问题，以某拱坝孔口坝段为例，用三维有限元仿真分析方法对其进行了研究。结果表明：虽然牛腿部位最高温度严重超标，但应力并未超标

2、，其最大应力发生在牛腿与坝体交界处；孔1：7顶板混凝土较底板和侧墙有较大开裂风险，其应力主要为横河向应力。因此，牛腿相对于大坝主体混凝土而言，温度控制标准可适当放宽；可通过加大顶板第一层混凝土的厚度、减小顶板上层混凝土厚度的方法，达到减小顸板横河向超标应力的目的关键词：绝热温升；水管冷却；温度场；温度应力；温控防裂；高温季节中图法分类号：TV43文献标志码：A孔口坝段的孔口部位相对于其他区域而言是一个一A：q(3)薄弱部位，尤其在高温季节施工的孔口牛腿混凝土，三面临空，其受外界环境温度影响明显高于坝体主体混一A：卢(T—T。)(4)凝土，且牛腿部位大多

3、采用高标号混凝土，其绝热温升式中，7-为时间，h；A为导热系数，kJ／(m·h·cc)；p为远大于坝体主体混凝土。这样往往导致牛腿部位混凝密度，kg／m；C为比热，kJ／(kg·oC)；。为导温系数，土最高温度难以控制，使牛腿与坝体主体混凝土之间m／h；0为绝热温升，℃；7(r)为第一类边界条件；q是温差过大，且在快速施工条件下，孔口上部悬臂高度也边界上的给定热流，kJ／(m·h)，为第二类边界条件；会大于原有设计标准，孔口部位的应力状况将十分当q=0时为绝热边界条件；为第三类边界上的表面复杂，局部可能会有较大应力。因此，需要对高温季节放热系数，kJ／

4、(m·h·oC)；To为外界环境温度。浇筑的孔口部位混凝土的结构应力情况、牛腿最高温度超标、牛腿与坝体混凝土温差过大等问题以及相应1．2混凝土温度场冷却水管模拟的温控措施进行研究。当混凝土绝热温升公式为0(r)=0。(1一e⋯)(5)1基本原理对(5)式微分并代人热传导方程(1)积分得1．1混凝土热传导微分方程(f)=0。(e-bt—e⋯)(6)均匀的、各向同性的固体，在计算域R内任何一当混凝土绝热温升公式为点处温度场满足微分方程0(r)=Oor／(n+)(7)02T—a一+十蜜—a+—+i(a0一——)J：U一(【1l)J对(7)式微分并代入热传导方

5、程(1)积分得：vOznOrOrT(t)=Oonbe一‘×边界条件为e一+Ei(6n)一Ei[6(n+)]}(8)T=7(r)(2)收稿日期：2013—05—28作者简介：郝志强，男，工学硕士，主要从事混凝土结构温控防裂与仿真计算研究。E—mail：hbxthzq@163．eom第15期郝志强，等：孔口坝段高温季节施工温控防裂研究35式中，0为最终绝热温升，℃，m和n为常数。游牛腿等细部结构，网格单元数92904，节点数1．3应力场基本理论和有限元方法110558，厚度方向0．3～0．5m一层，基础侧面为法向约束，底部为全约束。按照仿真计算的要求考虑了

6、混混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应凝土绝热温升、水管冷却、弹性模量、徐变等材料性能，变增量、徐变应变增量、温度应变增量、干缩应变增量考虑浇筑过程与相应的散热边界条件。和自生体积应变增量，因此有{△s}={△：}+{△占：}+{Ae’}+{△}+{△：}(9)式中，{△占：}为弹性应变增量；{△：}为徐变应变增量；{Ae：}为温度应变增量；{△s}为干缩应变增量；{△：}为自生体积应变增量。由物理方程、几何方程和平衡方程可得任一时段△在区域R上的有限元支配方程[]{△占}={△P}+{△P}+{△P}+{△P}+{△P}(10)(a)坝体混凝土

7、计算模型(b)孔口部位细部网格式中，{△6}为区域R内所有节点3个方向上的位移图1三维有限元仿真计算模型增量；{△P}、{△P}、{△P}、{△P}和{△P}分别为2．3计算结果分析0●0●l10△时段内由外荷载、徐变、变温、干缩和自生体积变形仿真计算结果分析以特征点和典型剖面0_进I0行，如引起的等效结点力增量。图2～7所示。一卜0。一一00●∞0●l102工程应用2725∞0_10时2．1工程概况23nI_。。_Il。某拱坝坝区夏季最高温度常达30~C以上，极端情芝21兽占1l。月19况甚至会接近40~C。该拱坝孔口部位混凝土在高温∞二。侣17季节

8、浇筑，孔口周边采用C35二级配混凝土，孔口下_1_1—015游牛腿部位采用C50二级配混凝土，