乌金峡水电站厂房混凝土施工期温度仿真计算与原型监测.pdf
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1、 一水 利 水电 施 工 2 0 1 0 第6 期 总 第1 2 3 期 乌金 峡水 电站厂房 混凝 土施 工期 温 度 仿真计算 与原型监测 李 磊 李 婷 唐 峰 陈光荣 ( 中国 水利水电第三工程局有限 公司) 相对于混凝土大坝而言,水 电站厂房结构复杂,其 温控计算工作量较大。目前水电站厂房 的温控计算方法 有二维有限元法 和三 维有 限元 法 。在 利用 三维 有 限元 法 计算时 ,由于厂房 结构 的 复杂性 ,三 维有 限元 温度 应力 仿真程序 R C T S模拟厂房结构及其施工过程存在一定的 困难,故采用 An s y s 软件与三维仿真程序相结合的方法 进行厂房温控计算。本
2、文介绍了如何利用该方法对乌金 峡厂房混凝土温度进行仿真计算 ,并且将计算结果与部 分时段的实测温度进行 了对 比分析 。 1 工程概况 乌金峡水电站位于甘肃省白银市靖远县境内,黄河 干流乌金 峡 峡 谷 出 口段 ,坝 址 距 白银 市 3 0 k in。为黄 河 龙一青段规划的第 2 1 个梯级 电站 ,为黄河 甘肃兰 靖 ( 兰 州一 靖远)段 三级开发 的最 后一 个梯 级 。乌金 峡 水 电站 工程 以发 电为主 ,水 电站 为河 床 式 ,安装 四台贯 流式 水 轮发 电机 组 厂房 。枢 纽 主要 建 筑物 由左 岸 三孑 L 泄 洪 闸 、 左岸 挡水 坝段 工程 、河床 式 电
3、站 厂房 、右 岸 挡水 坝段 工 程、开关站和中控楼等建筑物组成。工程规模属 等中 型工程,枢纽主要建筑物为 3级。 本文研究对 象为 2号 机组 坝 段 ,该 坝段顺 水 流方 向 长 7 1 4 m,垂直 水流 方 向长 2 5 8 m。机 组 坝段 基 底高 程 1 3 8 5 0 0 m,坝顶高 程 1 4 3 8 5 0 m。不 同强度 等级 的混凝 土 分 区 情 况 : 高 程 1 3 8 5 0 1 3 9 1 0 m 为 C1 5 F 5 0 W4 ; 高程 1 3 9 1 O 1 4 3 8 5 m为 C 2 0 F 1 0 0 W4 ;宽缝、排沙 孔为 C 3 O F
4、2 O O W4 。 2 仿真计算基本 资料 进行混凝土仿真计算的基本资料包括:气温资料、蓄水 计划、水温资料、混凝土和基岩的热学参数、绝热温升。 2 1 气温资料 本工程气温 资料有 2 0 0 7年 1月 2 0 0 8年 1 2月旬平 均 气温 ,以及多年平均气温 ,见表 1 表 3 。 2 2 蓄水计划 乌金峡水电站工程蓄水计划见表 4 、表 5 。 表 1 2 0 0 7 年实 测 气 温 ( ) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 全年 逐 月 一O 9 4 8 3 6 1 3 3 2 2 O 2 3 O 2 O 8 2 5 8 1 9 0 1 6 3
5、 1 5 O 7 7 6 1 4 2 上旬 一O 7 5 7 9 7 2 1 8 2 2 O 2 3 6 2 8 2 2 5 8 2 3 4 1 O 4 1 3 6 4 6 1 5 7 中旬 一3 3 7 3 1 1 _ 3 1 4 0 2 4 O 2 3 9 2 5 4 2 3 9 2 2 9 1 8 8 1 5 3 5 3 1 5 7 下旬 一O 2 6 O 1 2 5 2 3 1 2 6 8 2 4 7 2 2 9 2 O 9 1 8 8 1 0 0 1 3 2 3 7 1 5 2 2 8 法算 剃删榄 割研 ; , ) 行审 和 姒 褂 黻 黻 雌 射 硼 锻 栅 一 一 混凝土工程
6、表 2 2 0 0 8 年 实 测 气 温 ( ) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O 1 1 1 2 全 年 逐月 一5 2 1 0 1 9 6 4 0 2 3 2 1 9 1 2 3 4 2 0 0 1 7 8 1 4 O 1 4 1 4 5 1 1 2 上旬 5 2 1 O 2 9 O 3 9 2 3 O 1 8 9 2 3 2 1 9 8 1 6 5 1 4 4 1 4 0 1 6 1 0 7 中旬 一9 7 1 0 2 8 9 5 6 2 3 2 1 8 2 2 2 7 2 0 0 1 6 1 1 2 9 5 3 1 5 9 3 下旬 一5 O 一9 8 9 4 4 2
7、 2 3 1 1 8 5 2 3 0 2 O 1 1 3 9 9 3 2 9 3 6 8 8 表 3 多 年 月 平 均 气 温 ( ) 月 份 l 1 I 2 l 3 I 4 I 5 l 6 7 I 8 l 9 1 0 I 1 1 l 1 2 温 度 f 5 3 I 1 0 5 4 f 1 2 2 l 7 f 2 0 4 f 2 2 4 f 2 1 2 f 1 6 3 9 8 f 2 5 f 9 表 4 乌金峡 水电站上游蓄水信息 蓄水水 顺序 时间 计算时间 位( m) 1 2 0 0 8 年 1 O月 2 7日 8: O 0 2 0 0 8 年 1 O月 2 7 E l 1 0: O 0
8、 1 4 3 0 2 2 0 0 8 年 1 0月 2 7日 1 0: O 0 2 0 0 8年 1 O 月 2 7日 1 2: O 0 1 4 3 2 3 2 0 0 8年 1 O月 2 7日 1 2: O 0 2 0 0 8年 1 O月 2 9日 1 2:O 0 1 4 3 6 表 5 乌金峡水 电站下游蓄水信息 蓄水水 顺序 时间 计算时间 位( m) l 2 0 0 8年 l O月 2 4日 8:O 0 2 0 0 8年 l O月 2 9日 O 0: O 0 l 4 2 3 2 3 水温资料 本工程 2 0 0 8 年 1 O月 蓄水 ,至 2 0 0 9年 2月有 5个 月 的水温实
9、测值见表 6 。 表 6 乌金峡水 电站水库水温 实测值 ( ) 月份 2 0 0 8正 2 0 0 8拒 2 0 0 8正 2 0 0 9矩 2 0 0 9拄 水 深 ( 1 0 月 1 1 月 1 2 月 1月 2月 1 0 0 2 1 7 5 1 2 1 5 6 4 5 3 3 5 4 7 5 2 O O 1 7 8 5 l 2 O 5 6 2 5 3 3 0 3 7 0 3 O O 2 O O 0 1 2 1 O 6 3 0 3 1 5 3 8 5 4 0 0 1 5 3 5 1 2 O 0 3 O 5 2 1 0 3 7 5 5 0 0 1 2 5 5 1 3 3 5 8 8 5 5
10、 1 5 3 9 5 计算中 2 0 0 8年 1 O 月 至次 年 2月 的水温采 用实测值 , 由于缺少 3 9 月间的实测水温资料,故采用水库坝前水 温公式拟合 ,拟合公式为 : 丁w( ,r )一 1 6 1 6 7 。 。 。 + 1 2 8 0 0 e - 。 r月份 ; T w ( y ,f ) 水深 处在 r月份 的水 温 , 。 2 4 混凝土热学参数 计 算采用的混凝 土热学参数见表 7 。 表 7 混凝土热 学参数值 混凝土强度等级 C 1 5 F 5 O W4 C 2 O F 1 0 0 W4 C 3 0 F 2 0 0 W4 导热系数 E k J ( m h ) 8
11、1 9 6 8 7 6 6 8 4 0 7 导温系数 ( mz h ) 0 0 0 3 8 0 9 0 0 0 3 9 6 8 0 0 0 3 8 5 5 比热 k J ( k g ) 0 9 2 2 2 0 9 3 0 2 0 9 1 2 8 放热系数 E k J ( m h ) 6 2 8 6 2 8 6 2 8 2 5 混凝土绝热温升 计算采用的混凝土绝热温升值参数见表 8 。 表 8 混凝土绝热温升值 ( ) 各龄期数值 混凝土等级 最终 l d 3 d 5 d 7 d 1 4 d 2 1 d 绝 热 温升 C1 5 F5 0 W4 ( 四级配 ) 1 5 6 1 1 6 3 1 4
12、4 7 1 5 8 7 1 7 3 6 1 8 01 1 8 5 1 C 2 0 F 1 0 0 W4 ( 三 级配 ) 2 3 4 1 2 3 O 1 5 1 6 1 6 9 6 1 9 6 7 2 0 5 4 2 O 7 3 C 3 0 F 2 0 0 W4 ( -级 配) 1 4 2 3 0 1 4 3 6 5 4 3 9 1 0 4 2 9 9 4 5 0 1 4 6 3 5 根据混凝土绝热温升试验值进行 了拟合,得出不同 混凝土强度等级的绝热温升表达式分别为: C1 5 F S O W4 ( 四 级 配 ):T( r ) = 1 8 5 1 r ( 1 3 +r ) C 2 0 F
13、I O O W4( 三级配 ) :T( r ) 一2 O 7 3 r ( 1 4 +r ) C3 0 F 2 0 0 W 4 ( 二 级 配 ) :T( r ) - 4 6 3 5 r ( 1 3 5 + r ) X c o s 詈 ( r 一 7 0 3 一 o o o 8 ) 式 中广 混 凝 土 龄 期 。 式中y - 水深,m; 2 6 混凝 土 浇筑温 度( 见表 9 ) 表 9 混 凝 土 浇 筑 温 度 时间 浇筑温度 C C) 时间 浇筑温度 ( ) 时间 浇筑温度 ( ) 时间 浇筑温度 ( ) 2 0 0 7 7 1 5 2 1 O O 2 0 0 7 9 1 9 1 8
14、3 2 0 0 71 12 1 1 1 O 2 0 0 8 3- 6 1 2 O 2 0 0 772 O Z 3 0 0 2 0 0 71 O一6 1 7 5 2 0 0 71 1 一Z 6 1 2 0 2 0 0 831 7 1 Z 8 2 0 0 7 7 2 4 2 3 0 0 2 0 0 71 O一1 1 1 6 4 2 0 0 71 24 1 2 6 2 0 0 832 9 1 2 5 2 0 0 772 5 2 3 O O 2 0 0 7 1 0 1 8 l 6 5 2 0 0 7一l 21 6 1 2 8 2 0 0 833 0 1 3 5 2 0 0 781 1 6 7 O 2
15、0 0 71 o一2 2 1 4 7 2 0 0 7l 2 1 8 1 2 7 2 0 0 841 3 1 2 8 2 0 0 789 1 7 2 2 0 0 71 03 O 1 4 O 2 0 0 71 22 O 1 4 3 2 0 0 841 7 1 3 3 2 0 0 782 3 1 6 5 2 0 0 7 1 1 1 1 2 5 2 0 0 8 1 6 1 4 9 2 o o 842 5 1 4 O 2 0 0 792 1 4 8 2 0 0 7 1 1 4 1 2 1 2 0 0 81 1 4 1 4 5 2 0 0 851 O 1 5 O 2 0 0 798 1 3 8 2 0 0
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