碾壓混凝土壩溫度應(yīng)力的仿真分析

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1、碾壓混凝土壩溫度應(yīng)力的仿真分析［摘要］同常規(guī)混凝土壩一樣，碾壓混凝十?壩的溫度應(yīng)力和溫度控制問題也很重要和突擊。因此，對于比較重要的碾壓混凝土壩有必要進行溫度應(yīng)力的仿真分析和溫控措施研究。目前，計算機性能得到了大幅度提高，有限元仿真分析軟件功能也比較齊全，我們可以對碾壓混凝土壩的溫度應(yīng)力問題進行仿真計算和分析。本論文從溫度應(yīng)力仿真分析的角度出發(fā)，對碾壓混凝土壩溫度應(yīng)力的特點、溫度應(yīng)力的仿真分析方法、溫度應(yīng)力的控制措施等方面進行了比較全面的總結(jié)和論述。［關(guān)鍵詞］碾壓混凝土；溫度應(yīng)力；仿真分析1?概述20多年來，我國修建了許多碾壓混凝土壩，在這些碾

2、壓混凝土屮也產(chǎn)生了不少裂縫，溫度應(yīng)力是碾壓混凝土壩產(chǎn)生裂縫的主要原因乞一。在我國碾壓混凝土筑壩初期，不少專家誤認為碾壓混凝土壩的溫度應(yīng)力不大，可以簡化溫控，本人対碾壓混凝土壩溫度徐變應(yīng)力問題進行了全面系統(tǒng)的研究，首次提出了“在碾壓混凝土壩中同樣存在溫度裂縫問題，因此，対碾壓混凝土壩的溫度應(yīng)力和溫度控制問題應(yīng)給予充分重視”的新觀點，研究成果為工程界廣泛接受，日前對于一般的碾壓混凝土壩都要進行溫度應(yīng)力分析和控制就充分證明了這一點。在溫度應(yīng)力方曲，碾壓混凝土與常態(tài)混凝土相比，有其有利的因素，也有其不利的因素，這些因素錯綜復(fù)雜地交織在一起，為了能得出定

3、量的結(jié)果，有必要進行系統(tǒng)全面的研究。鑒于上述原因，筆者從1985年開始，運用有限單元法程序?qū)澞雺夯炷翂问┕み^程中的溫度及溫度應(yīng)力特性進行計算研究，系統(tǒng)地計算和分析了各種因素的影響。同時還比較了碾壓淚凝土壩和常態(tài)混凝土壩在溫度和溫度應(yīng)力方面的羌異。大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響因素很多，主要包括丿施工過程、混凝土材料性能、環(huán)境溫度、結(jié)構(gòu)形式及運行條件等，這些因素錯綜復(fù)雜地交織在一起，使得溫度應(yīng)力的變化非常復(fù)雜。只有通過仿真分析才能真正揭示大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力變化規(guī)律和分布狀況，從而采収合理的溫度控制措施，減小溫度應(yīng)力，防止大壩產(chǎn)生裂縫。在

4、計算機性能大幅捉高后，我們可以對碾壓混凝土壩的溫度應(yīng)力問題進行仿真計算。冃前，冇限元仿真分析軟件的功能比較齊全、可以充分考慮混凝土壩各種復(fù)雜的施工條件，包括混凝土絕熱溫升的變化、混凝土彈性模量的變化、混凝土徐變的變化、混凝土自生體積變形的變化、外界氣溫和水溫的變化、不同的澆筑溫度、水管冷卻、表血保溫等；能夠模擬混凝土壩分層、分塊澆筑、施工間歇期的實際施工過程，対壩體逐層澆筑過程中及其使用期的溫度場和溫度徐變應(yīng)力進行仿真計算。還可以考慮白重、水壓等外荷載。2.碾壓混凝土性能的特點碾壓混凝土和常態(tài)混凝土在性能上的差界，主要是山于配合比不同而引起的。

5、碾壓混凝土與常態(tài)混凝土相比，用水量小，水泥用量少，摻有人量粉煤灰，從而使得碾壓混凝土的性能與常態(tài)混凝土有較大差界。(1)強度。同常態(tài)混凝土一樣，碾壓混凝土的抗壓強度主要是受水泥標號和水灰比的控制，它也遵守水灰比定則。但是碾壓混凝土的抗壓強度乂冇不同Z處，它在受水灰比控制的同時，乂受膠凝材料用屋變化的影響，即在水灰比相同的條件下，抗壓強度隨膠凝材料用量的增加而增加。另外，由于碾壓混凝土中摻用大量的粉煤灰，混凝土早期強度較低且增長緩慢，但后期增長較快。(2)極限拉伸值。極限拉伸值是表示混凝土抗裂能力的一?個重要指標，極限拉伸值大，混凝土變形能力大，

6、不易開裂。試驗表明，在相同標號吋，碾壓混凝土的極限拉伸值較常態(tài)混凝土低。(3)絕熱溫升。碾壓混凝土內(nèi)摻入了大屋粉煤灰，從而使水泥用雖減少很多。由于粉煤灰發(fā)熱很少,所以碾壓混凝土的絕熱溫升冇一定程度的降低。(4)徐變?；炷恋男熳兣c膠凝材料的用量有關(guān)，T?貧混凝土的徐變度偏小，高粉煤灰摻量的混凝土徐變度不比常態(tài)混凝土低。2.碾壓混凝土壩溫度應(yīng)力方面的幾個關(guān)鍵問題(1)碾壓混凝土壩的溫度狀態(tài)。碾壓混凝土通常摻用人量粉煤灰，使水泥用雖大為降低，因此碾壓混凝土的絕熱溫升值比較低，其次，大雖摻用粉煤灰后，水化發(fā)熱速度降低了，不利于早期散熱。雖然碾壓混凝土

7、澆筑層很薄，有利于散熱，但通常層面間歇時間較短，所以施工期間層而散熱并不多，大部分水化熱積蓄在混凝土壩內(nèi)部，形成相當高的溫度。(2)碾壓混凝土壩的基礎(chǔ)約束。碾壓混凝土壩采用薄層通倉澆筑，不設(shè)縱縫，基礎(chǔ)約束作用人，約束范圍高，對基礎(chǔ)不平整度也比較敏感，因而與柱狀澆筑塊相比，在棊礎(chǔ)約束方面是不利的。在同樣的溫差作用下，基礎(chǔ)約束作用大，溫度應(yīng)力就大。(3)碾壓混凝土的抗裂能力。碾壓混凝土的抗裂能力一般比較低。(4)水平和鉛直裂縫。對于通倉澆筑的壩，由于壩體內(nèi)部的高溫降低很緩慢，在冬季低溫和氣溫驟降的作用下，內(nèi)外溫差大，比較容易在表而產(chǎn)牛水平和鉛直裂縫

8、。(5)荷載。由于壩體內(nèi)部的高溫降低很緩慢，當壩內(nèi)溫度降低到穩(wěn)定溫度場時，即最大溫度應(yīng)力發(fā)生時，大壩已經(jīng)蓄水運行，水壓、自重、溫度應(yīng)力三種荷載同時作用