混凝土强度等级和类型对地下厂房岩锚梁混凝土温控的影响.pdf
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1、水 力 发 电 第4 1 卷第 8期 2 0 1 5年 8月 混 凝 土 强 度 等 级 和 粪 型 对 地 下 厂 房 岩 锚 粱 混 疑 土 温 控 的 霉 乏 晌 雷文娟 ,石 陈妮子 ,黎佛林 ( 南 昌工 学院建筑工程 学院 ,江西南 昌3 3 0 1 0 8 ) 摘要:利用有 限元 法 ,对某水 电站地下 厂房岩锚梁 进行 三维有限元仿真计算 。通 过 比较岩锚 梁 中间断面代表点 的 最高温度、早期最 大拉应 力、最小抗裂安全 系数 等 ,分析不同混凝土强度等级和类 型对岩锚 梁混凝土 温度 场与温度 应力场的影响规律。研究结果表明,混凝土强度等级越高 ,岩锚梁混凝土的最高温度、
2、最大内表温差、最大拉应力 值越大 ,最小抗裂安全 系数越小 ;相对 于常态混凝 土 ,泵送混凝 土各特征值均偏 向于不利 ,温 控防裂措施 要求更加 严 格 。 关键词 :地 下厂 房 ;岩锚梁 ;有 限元法 ;温度应力 ;温控 防裂 I nflue nc e s of Co nc r e t e St re ngt h Gr ad e a nd Ty pe o n Te mpe r a t ur e Cont r ol of Roc k a nc ho r e d Be am Conc r e t e L E I We n j u a n ,S HI C HEN Ni z i ,L I F
3、o l i n ( C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o l l e g e ,Na n c h a n g E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y ,N a n c h a n g 3 3 01 0 8 ,J i a n g x i ,C h i n a ) Abs t r a c t :Th e t hr ee - d i me n s i o na l fin i t e e l e me n t s i mu l a t i o ns a r e c a r r i e d o u
4、 t o n r o c k- a n c h o r e d c r a n e be a m i n a n u n de r g r o un d po we r h o us e o f hy d r o p o we r s t a t i o n b y u s i n g f i n i t e e l e me nt me t h o dBy c o mp a r i ng t h e ma x i mum t e mpe r a t u r e ,t h e ma x i mu m e a r l y t e ns i l e s t r e s s a n d t he s
5、 ma l l e s t c r a c k s a f e t y f a c t o r o f mi dd l e po i n t i n r e pr e s e n t e d c r o s s s e c t i o n o f t h e b e a m, t h e i n flue nc e s o n c o n c r e t e t e mp e r a t u r e a n d s t r e s s f i e l ds b y t he c h a n g e s o f c o n c r e t e s t r e n g t h g r a d e
6、a nd t yp e a r e a n a l y z e dThe r e s u l t s s h o w t h a t , ( a )i f t h e c o n c r e t e s t r e n g t h g e t s g r e a t e r ,t h e ma x i mu m t e mp e r a t u r e ,ma x i mu m i n t e r n a l t e mp e r a t u r e d i ff e r e n c e a n d t h e ma x i mu m t e n s i l e s t r e s s o f
7、 r o c k a n c h o r e d c r a n e b e a m c o n c r e t e wi l l g e t g r e a t e r ,b u t t h e mi n i mu m s a f e t y f a c t o r wi l l b e s ma l l e r ;a n d( b ) c o mpa r i n g t o n o r ma l c o n c r e t e , t h e c ha r a c t e r i s t i c v a l ue s o f p u mp i n g c o n c r e t e t r
8、 e n d t o d i s a d v a nt a g e , S O mo r e s t r i c t t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s ur e s a r e r e q ui r e d Ke y W o r ds : u nd e r g r o u nd p o we r ho u s e; r o c k a n c ho r e d c r a n e b e a m; f i n i t e e l e me n t me t ho d ; t e mpe r a t u r e s t r e s s f i e
9、 l d; t e mp e r a t u r e c o n t r o l a n d c r a c k i n g p r e v e n t i o n 中图分类号 :T V 3 1 4 文献标识码 :A 文章编号 :0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 2 6 0 4 0 引 言 岩锚 梁也 称 作 岩 壁 吊车 梁 ,是 利 用 锚 杆 和 岩 壁 台座 把混 凝 土梁 体 牢 牢 地 锚 固在 岩 壁 上 的 结 构 ,通 过梁 与 岩石接 触 面 上 的摩 擦 和锚 杆 将 吊车 的全 部 荷 载传 递 到 岩体 上 。岩锚 梁 的施 工
10、段 长度 较 长 ,有 时 长 达 十 几 米 ,属 于 大 体 积 混 凝 土 ,且 受 到 洞 室 岩 壁 较 大 的 变 形 约 束 ,防 裂 难 度 很 大 。 引 起 岩 锚 梁 混 凝 土产 生裂缝 的原 因主 要 包 括 :水 泥 水 化 热 引 起 的 温度 应力 和 温差 变 形 、混 凝 土 收缩 变 形 和 内外 约 束 条件 的影 响等 。 国 内外 学 者 针 对 混 凝 土 的绝 热 温 l 盈W a P o V o L , 8 升 、热 膨 胀 系 数 、 表 面 放 热 系 数 、 弹 性 模 量 进 行 的 大量试验 研 究 和理 论 分 析工 作 表 明 ,
11、不 同 的混 凝 土强度等级和类 型有着 不 同的热 力学 参数 。 因此 ,进 行 不 同 混 凝 土 强 度 等 级 和类 型 的 岩 锚 梁 混 凝 土 仿 真 计 算 ,分析不 同混凝土强度 等级 与类 型 的温度 场与 温度 应 力场 的变化 规律 ,对 温控 防裂 的影 响很 有必要 。本 文 依 托 某 水 电 站 岩 锚 梁 工 程 ,选 取 岩 锚 梁 典 型 施 工 收 稿 日期 :2 0 1 5 - 0 3 - 2 4 作者简 介 :雷 文娟 ( 1 9 8 8 一) ,女 ,湖 北 仙桃 人 ,讲 师 ,硕 士 主要从事水利水 电工程大坝安全监测工作 ;黎佛林( 通讯作
12、 者) 由X焖寸:, E 匕 上强I S z 哥与 D 个U夫 l 、J J 方 白 r禾, 比 觥上 t m任廿 髟U l u j 段 ,从 温控 防 裂 方 面 考虑 ,进 行 不 同混 凝 土强 度 等级 和类 型 的三维 不稳定温 度应力场 的仿真计算 。 1 有限元计算模型 与条件 1 1 计 算模 型 一 般 情 况下 ,岩 锚梁 的浇 筑 长度 都 在 81 5 m。 因此 ,在 计算 模 型 中 ,结 构 长度 选 取 1 0 n l ,周 围岩 体厚 度 取 1 0 IT I 。岩 锚 梁 梁 体 断 面 结 构 见 图 1 ,计 算 网格 模 型见 图 2。模 型 坐标轴
13、方 向 :Z 向为沿 岩锚 梁 轴线 方 向 , 向 为 水 平 方 向 ,y向为 竖 直 方 向 ,原 点在 计算 模 型 的 中间截面 交 线 上 。在 典 型断 面 Z=0 m 上 选 取 9个 应 力 计 算 代 表 点 : 表 面 点 、 中 间 点 及 围岩点 分别 3个 。模 型 中 的结 构 均 采 用 空 间 8结 点 等参 单 元 ,共有 6 6 7 8个 单元 。 图 1 岩锚梁断面结构 ( 单位 :m) 图 2岩锚梁三维有限元网格模型 1 2 计 算方 案 岩 锚梁 混 凝 土 浇 筑 时 一 般 采 用 胎 带 机 人 仓 ,但 在某 些 特殊 状 况 下 ,泵 送
14、入 仓 为 备 用 手 段 。一 般 胎 带 机人 仓所 用 混 凝 土 为 常 态 混 凝 土 ,而泵 送 入 仓 采 用 泵送 混 凝土 。常 态 混 凝 土 与 泵 送 混 凝 土 为 2种 不 同 混 凝 土 类 型 。 通 过 计 算 ,模 拟 施 工 现 场 夏 季 施 工 的状 况 ,分 4种 工 况 进 行 计 算 分 析 :工 况 1为 C 2 5 泵 送 ( C 2 5 b s )、工 况 2为 C 3 0泵 送 ( C 3 0 b s ) 、 工 况 3 为 C 3 5泵 送 ( C 3 5 b s )、工 况 4 为 C 3 0 现 浇 ( C 3 0 c t ) 。
15、浇筑 温度 均为 2 7 。 1 3 计算 参数 1 3 1 环境温度 环境 温度 主要 包 括 气 温 、水 温 和地 温 。气 温 主 要 包 括年 平均 气 温 和 年 气 温 变 幅 ,地 温 即为 围岩 温 度 ,施 工 期 水 温 可 以 忽 略 不 计 。 模 拟 气 温 年 周 期 变 化 时 ,采 用余 弦 函数 曲线 , ,一 = A +Bc o s ( 一c) ( 1 ) 式 中 , 为 环 境 气 温 ;A为 多 年 平 均气 温 ;B 为 气 温年 变 幅 ;C为最 高气温 的时 间 ;t 为 计算 时 间 。根 据 当 地 气 温 资 料 与 实 测 资 料 ,本
16、文 取 A=2 5,B = 2 5 , C =210。 1 3 2 围岩 的热力学参数 岩锚 梁 围岩 为 类 围岩 ,其 热力 学参数 见 表 1 。 表 1 围岩 的热力学参数 导 温 系 数 导 热 予 数 比 热 k J 线 膨 胀 系 弹 性 模 量 泊 松密 度 h m i _ ( 数 1 0 G P 比 。 d d 1 1( k g )I 1数 比 k g I 3 1 3 3 混凝 土 的热 力 学参数 本文 就该 水 电 站 岩锚 梁 的 4种 不 同类 型 混 凝 土 进 行计算 与 分 析 ,其 热 学 参 数 见 表 2,力 学 参 数 见 表 3 。 表 2混凝土热学参
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