预应力混凝土面板堆石坝技术及有限元分析.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 1 1期 (总 第 3 1 3 期 】 Nu m b e r 1 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 1 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0L0GY d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 4 0 预应 力混凝土面板堆 石坝技术及有 限元分析 朱万旭 ,常宇飞 ,区锡祥 ,吕娟娟 , 付委 ( 1 广西科技大学 土木建筑工程学院, 广西 柳州 5 4 5 0 0 6 ; 2 桂林理工大学, 广西 桂林
2、5 4 1 0 0 4; 3 柳州欧维姆机械股份有限公司, 广西 柳州 5 4 5 0 0 5 ) 摘要: 面板作为大坝 的防渗体 , 它的整体性和耐久性关系到大坝的稳定安全。 因此 , 面板混凝土 的防裂 、 限裂就成为大坝设计 的关键。 防止裂缝的发生, 应从提高混凝土 自身抗裂能力及减小导致裂缝的破坏力人手。 将缓黏结预应力筋铺设在混凝土面板 堆石坝中可以提高结构的刚度, 有效 的抑制裂缝的开展。 通过对某地区一水电站大坝的受力性能进行 A N S Y S 有限元分析, 对比 施加预应力前后的大坝应力及变形特点 , 探究预应力技术在混凝土面板坝中运用的合理性。 分析结果表明: 缓黏结预应
3、力筋能 够减缓面板的开裂破坏程度 , 显著地改善混凝土面板堆石坝的工作性能 , 值得在今后的工程中推广。 关键词 : 混凝土面板堆石坝; 预应力 ; 缓黏结筋; A N S Y S有限元分析; 降温法 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 1 5 0 0 3 T e c h n o l o g y o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m a n d f i n i t e e l e
4、me n t a n a l y s i s Z HU Wa n x u , C HANG yu 崩 , OU Xi x i a n g , LO J u a n j u a n , FU We i ( 1 S c h o o l o f C i v i l a n d Ar c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g, Gu a n g x i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , L i u z h o u 5 4 5 0 0 6 , Ch i n a 2
5、 Gu i l i n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y, G u i l i n 5 4 1 0 0 4, C h i n a ; 3 L i u z h o u OV M Ma c h i n e r y Co , L t d , L i u z h o u 5 4 5 0 0 5 , Ch i n a ) Abs t r ac t : Co n c r e t e p a n e l i s u s e d a s t h e i mp e r v i o u s b o dy o f a d a m, wh i c h i n t e
6、 g rit y a n d d u r a b i l i t y h a v e a b i g e f f e c t o n s a f e t y a n d s t a bi l i t y Th e r e f o r e, i t i s c rit i c a l t o a vo i d a n d l i mi t t h e c r a c k s b y i mp r o vi n g t h e c r a c k r e s i s t a n c e a b i l i t y o f c o nc r e t e a n d r e d u c i n g t
7、he t e ns i l e s t r e s s Th e p r es tre s s i n g r e t a r db o n d e d s t r a n d s l a i d i n t h e c o n c r e t e p a n e l c a n i mp r o v e t h e s t i f f n e s s o f t he s t r u c t u r e a n d e f f e c t i v e l y i n h i bi t the c o n d u c t o f c r a c ks Th e d a m i n a h y
8、d r o p o we r s t a tio n i s a n a l y z e d b y ANS YS t o c o mp a r e s tre s s a n d d e f o r m a t i o n c h a r a c t e ris t i cs o f the da m b e f o r e a n d a fte r p r es tre s s i n g a n d s tu d y t h e r a ti o n a l i t y o f p r e s t r e s s t e c h n o l o g y Th e r e s ul t
9、s s h o w th a t p r es t r e s s i ng r e t a r d b o n d e d s tra n d c a n d e c r e a s e t h e d a ma g e of t he p a n e l a n d i mpr o v e t he wo r k i ng p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m I n s h o r t , t hi s p r es t r e s s i n g t e c h n o l o g
10、y s h o u l d b e p r o mo t e d i n f u t u r e p r o j e c t s K e y wo r d s : c o n c r e t e f a c e r o c k f i l l d a m( C F R D) ; p r es t r e s s ; r e t a r db o n d e d s tr a n d ; fi n i t e e l e m e n t A N A L Y S I S ; f a l l i n g t e m p e r a t u r e m e t h o d O 引 言 2 0 1 2年
11、 8 月 , 新疆斯木塔斯水电站正式下闸蓄水。 这 是世界首次将预应力技术应用于混凝土面板堆石坝中 , 标 志着 中国水利建设进入了一个新 阶段。 时至今 E t , 预应力技术在建筑、 桥梁工程等方面发展 已非常成熟 。 建筑楼板 、 桥梁梁体中的预应力钢筋能够有 效 的抑制钢筋混凝土结构表面的裂缝 , 同时大大地节省钢 材用量 , 减小结构 自重并增加梁体长度 。 然而 , 在斯木塔斯 水 电站建成之前 , 世界范围内没有任何一例采用预应力技 术修建混凝土面板堆石坝的先例。 究其原 因, 不外乎 以下 几点 : 相对于建筑 、 公路 、 桥梁 工程 等 , 水利工程建设 难度 更大 , 要
12、求的技术水平更高 ; 预应力施工需要专业性人员 , 施工时间长 , 耗费资金大 ; 2 0 0 0年 以前 , 我 国 1 0 0 12 1 以上的 超高大坝数量较少 , 普通钢筋混凝土面板堆石 坝完全 可以 满足使用要求 。 近年来, 随着国家经济建设的快速发展, 许多地区的 收 稿 日期 : 2 0 1 5 一O 卜0 6 1 50 电力供应越来越无法满足人民群众生产生活的需求。 普通 钢筋混凝土面板堆石坝厚度小 , 暴露面积大 , 受 温度 、 湿度 影 响大。 特别是气温骤变和混凝土干缩引起拉应力超 过混 凝 土 自身的抗拉强度或极 限拉应 变而使面板产生裂缝 , 对 长 面板则更为不
13、利 J 。 因此其发展受到 了诸 多的限制。 为了缓解用 电压力 , 我国的水电站 大坝坝体 已经 向着更 高 更大的方 向发展 。 新疆斯木塔斯水 电站的建成为我们开辟 了一个全新的思路 : 预应力技术将是今后水利大坝建设的 新趋势 。 1 预应力技 术在 混凝 土面板堆石坝 中的应用 适用于水工建筑物 的预应 力钢筋为高强度低 松弛预 应力钢筋 。 这种钢筋 经钢经 绞线绞捻 而成 , 且 要在 3 5 0 4 0 0的高温环境下热处理。 经过热处理后 的钢绞线强度 大大提高 , 结构伸直性 良好且更加 紧密 , 即使 被切断后仍 能保持不松散。 另外 , 这种钢绞 线能够有效地降低预应
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