重力坝加高的温度应力问题论文

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1、重力坝加高的温度应力问题论文摘要:大坝的加高将成为未来水利建设的重点之一。重力坝加高中往往会出现三个影响坝体质量和受力的问题:坝踵应力恶化、新老混凝土结合面开裂及坝体下游面裂缝。本文讨论和分析了出现这三个问题的主要原因及解决这些问题的基本思路。通过对丹江口大坝加高的三维仿真分析,探索了通过温度控制解决加高问题的基本方法及可行性。结果表明,通过新混凝土的超冷、保温并选择适当的施工措施,可以改善坝踵应力状态,同时保证新老混凝土的结合面的大部分保持结合状态,从而保证新老混凝土的共同受力。关键词:重力坝有限元温控仿真分析1前言水资源短缺将成为制约我国可持续

2、发展的一个重要因素,随着水资源的不断开发,适合建坝的新坝址越来越少.freel,设计蓄水位155m,已于1993年建成。后期续建工程混凝土坝坝顶高程176.0m,正常蓄水位170.0m。混凝土挡水坝坝顶加高14.6m,溢流坝段堰顶加高14m。图5为7#坝段加高前后剖面图。根据设计院提供的施工工期,7#坝段从2002年10月1日开始浇筑,月上升6.0m。现场可提供8℃的冷却水,拌合楼出机口的温度可降到8℃。每年5~9月高温季节停浇。经研究采取的温控措施如下:(1)入仓温度。入仓温度小于12℃。浇筑层厚1.5m。(2)水管冷却。混凝土浇筑后的第1d开始

3、通冷却水,水温8℃,通水时间20d。水管间距与浇筑层厚相同,即1.5m。(3)保温。新浇混凝土项面的保温随气温变化。当日平均气温高于年平均气温时,用3cm厚的聚乙烯泡沫板保温,当日平均气温低于年平均气温时顶面不保温,以利用顶面散热。新浇混凝土的侧面,考虑到施工便利,在立模时加即8cm厚的聚乙烯泡沫板保温,在坝体加高全部完工并经过一个冬天后的5月初拆除保温板。计算参数见表1。表面散热系数随不同散热面、不同保温措施而不同。未保温表面:1200kJ/d·m2·℃;新混凝土上表面3cm厚聚乙烯板保温:120.0kJ/d.m2·℃;下游面8cm厚聚乙烯板保温

4、:37.68kJ/d·m2·℃。计算结果表明;(1)在本文温控措施下,新混凝土施工期最高温度可控制在24~26℃,经过20d8℃的水管冷却,新混凝土可冷却到14~16℃,略低于稳定温度。运行期新混凝土的年平均温度略有上升,会在坝踵引起0.1~0.2MPa的压应力。(2)坝段侧面的结合面法向拉应力在冬季达到最大,最大拉应力可达1.5~2.0MPa。冬季坝段侧面应力矢量图及等值线图见图6及图7(a)。由图可见,第一主应力几乎垂直于结合面法向。(3)坝段中部的结合面法向最大应力出现在夏季,为0.5~1.0MPa,见图7(b)。(4)图8为结合面图5丹江口

5、7#坝段剖面图6坝段侧面冬季应力矢量图法向历史最大应力图。该应力是从所有应力中搜索出最大拉应力得到。由图可见,结合面法向都经历过拉应力,部分出现在施工期新混凝土温度由最高温度下降时,部分出现在运行期的冬季或夏季。拉应力超过1.OMPa的面积不到总结合面的10%,大于0.6MPa的面积小于结合面积的30%。由此可见部分接合面会被拉开,但大部分会处于结合状态。图7结合面法向应力等值线图8结合面法向历史最大应力等值线表1混凝土计算参数指标名称老混凝土新混凝土导温系数a/(m2·h-1)0.004170.004225导热系数λ/kJ(m·h·℃)-19.8

6、49.97比热c/(kg·℃)0.96300.9630线膨胀系数a/(℃)-11.0×10-51.0×10-5容重ρ/(kg·m-3)24502450泊松比μ0.1670.167绝热温升表达式Q(τ)/(℃)0.0弹性模量/GPa48.04结论由如上分析及计算结果可以得到如下结论:(1)通过合适的温控措施,可以保证坝踵应力不致恶化。(2)周期性变化的气温使坝下游面伸缩,是引起结合面法向拉应力进而引起开裂的主要因素,该问题在普通重力坝中同样存在,只有通过保温和降低新混凝土最高温度的方法解决。(3)贴坡混凝土浇筑后老坝下游面的温度变化也是引起结合面开裂

7、的原因之一。尽量减小新混凝土浇筑前后老坝面的温度变化可以部分解决该问题。(4)通过适当的温度控制,可以将结合面上的超标拉应力控制在一定范围内,从而保证足够面积的结合面保持粘接状态,使新老混凝土共同受力。新老混凝土结合面处出现开裂后,破坏了坝体的整体性。结合面的开裂对坝体整体受力和安全的影响,需要进一步研究。参考文献:1朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制M.北京:中国电力出版社,1999.2HollinggsJ.13thInt.CongressonLagerDams,1979,1:298-310.3ChavarriG,DeFriesA,.free

8、l:stabilityandstressinvestigationJ.13thInt.CongressonLagerDam

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