分析混凝土齡期在二期冷卻過(guò)程中對(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響

　　摘要：混凝土拱壩二期冷卻一方面是為橫縫的接縫灌漿創(chuàng)造條件,另一方面也可以達(dá)到調(diào)整壩體應(yīng)力狀態(tài)的目的.拱壩每個(gè)壩段均不設(shè)縱縫,一期冷卻散熱量受到限制,所以混凝土二期冷卻的任務(wù)十分繁重.為了研究混凝土不同齡期在二期冷卻過(guò)程中對(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響,本文以某拱壩為背景,采用三維有限元法對(duì)拱壩施工期溫度場(chǎng)及溫度應(yīng)力進(jìn)行全過(guò)程仿真分析。計(jì)算中,混凝土二期冷卻齡期不同，但冷卻水溫、冷卻時(shí)間等重要參數(shù)相同的情況下得出混凝土不同齡期在二期冷卻過(guò)程中對(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響規(guī)律。其結(jié)論對(duì)設(shè)計(jì)單位制定溫控措施及灌漿方案具有參考價(jià)值；為施工單位根據(jù)當(dāng)時(shí)的特定需要，進(jìn)行二期冷卻提供了依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：仿真分析 齡期 二期冷卻

　　1.概述

　　某水電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙、航運(yùn)等綜合利用效益。

　　水庫(kù)流域面積113300km2，水庫(kù)庫(kù)容1491.4 億m3，電站裝機(jī)容量4200MW（6 臺(tái)，單機(jī)容量700 MW），多年平均發(fā)電量188.9 億kw.h，保證出力1854MW。屬I 等大（1）型工程。樞紐由混凝土雙曲拱壩，右岸引水發(fā)電系統(tǒng)，泄洪隧洞，水墊塘和二道壩組成。大壩為拋物線型變厚度雙曲拱壩，最大壩高292m，壩頂高程1245m，最大底寬73m，壩頂寬度12m，厚高比0.238，壩頂中心線弧長(zhǎng)922.74m，弧高比2.7。大壩共分43 個(gè)壩段，42 條橫縫，其中河床壩段4 個(gè)，岸坡壩段39 個(gè)。大壩采用邊澆筑，邊冷卻，邊封拱灌漿，邊蓄水的施工方式。

　　混凝土壩的體積龐大，施工中常用縱橫接縫把壩體分成許多柱狀塊體，并以水平施工縫將柱狀塊分成許多澆筑層。分縫分塊有兩個(gè)目的:一方面是為了便于施工，將龐大的壩體逐塊逐層地進(jìn)行澆筑；另一方面是為了防止裂縫，用事先設(shè)計(jì)好的備用鍵槽和灌漿止水設(shè)備的人工縫去代替雜亂的自發(fā)的裂縫[1]?；炷凉皦螜M縫的灌漿一方面受季節(jié)的限制,另一方面受縫面張開度的影響。因此模擬混凝土施工過(guò)程確定二期冷卻開始的混凝土的最佳齡期是有必要的。

　　2．計(jì)算方法

　　本工程是反饋分析，為了研究混凝土齡期在二期冷卻過(guò)程中對(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響更符合實(shí)際要求，我們?cè)谶M(jìn)行溫控仿真分析建模時(shí)按施工中跳倉(cāng)的實(shí)際順序進(jìn)行模擬，形成20節(jié)點(diǎn)的有限元模型。

　　2.1 計(jì)算模型

　　本文以某拱壩典型壩段950m～985m范圍內(nèi)澆筑的混凝土為研究對(duì)象[3]，整壩段剖分單元17248個(gè)，節(jié)點(diǎn)80998個(gè)?？紤]當(dāng)冷卻區(qū)內(nèi)（35m范圍）混凝土的最短齡期為30天、60天和90天這三種情況時(shí)壩體強(qiáng)約束區(qū)內(nèi)溫度徐變應(yīng)力場(chǎng)的變化。

　　2.2 混凝土熱、力學(xué)性能參數(shù)采用

　　為了能使研究成果較好的切合工程實(shí)際，我們對(duì)委托方和參建方提供的大量最新實(shí)驗(yàn)資料及分析成果進(jìn)行了甄別選用，并就其中若干項(xiàng)重要的混凝土性能參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析[1]。

　　3.成果分析

　　表3.1 是三種工況的典型時(shí)刻最大應(yīng)力與方案1（反饋方案）的對(duì)比。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，當(dāng)混凝土齡期為30 天時(shí)開始二期冷卻產(chǎn)生的拉應(yīng)力相對(duì)于其它方案都要低，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在第261 天，達(dá)到1.32MPa；如果混凝土最短齡期為90 天開始二冷，拉應(yīng)力為2.04MPa。

　　產(chǎn)生最大應(yīng)力的部位并不在最短齡期的混凝土中，產(chǎn)生最大拉應(yīng)力的時(shí)間在冷卻過(guò)程中也不盡相同。從表中的應(yīng)力值來(lái)看，當(dāng)齡期越長(zhǎng)時(shí)開始二期冷卻產(chǎn)生的拉應(yīng)力越大[2]，例如90 天齡期開始冷卻時(shí)的拉應(yīng)力比30 天齡期的增大了34.2%，主要原因是徐變不一樣。說(shuō)明二期冷卻的時(shí)機(jī)和齡期與最大應(yīng)力產(chǎn)生的量值密切相關(guān)，差值比較大。冷卻過(guò)程中混凝土齡期是相當(dāng)重要的關(guān)鍵因素。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M]，北京:中國(guó)電力出版社，1998。

　　[2] 朱伯芳.混凝土結(jié)構(gòu)徐變應(yīng)力分析的隱式解法[J]，水利學(xué)報(bào)，1983(5):40-46。

　　[3] 王樹和. 高拱壩全過(guò)程溫度應(yīng)力仿真研究[J ]，水利水電技術(shù)，2000，3l（7）：7-12。

　　作者：

　　河海大學(xué)工程力學(xué)系 張志超

　　山東省城鄉(xiāng)建設(shè)勘察院 郎雷亮