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沙沱碾压混凝土坝施工期温度应力仿真分析.pdf
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1、第 1 O 卷第 2 期 2 0 1 2年 4月 南水北调与水利科技 S o u t h - t o - No r t h Wa t e r D i v e r s i o n a n d Wa t e r S c ie n c e Te c h n o l o g y Vo 1 1 0 No 2 Ap r 2 0 1 2 d o i : 1 0 3 7 2 4 8 P J 1 2 0 1 2 0 1 2 0 2 1 5 0 沙沱碾压混凝土坝施 工期温度应 力仿真分析 乔晨 , 程井, 李同春 ( 河海大学 水利水电学院, 南京 2 1 0 0 9 8 ) 摘要: 结合沙沱碾压混凝土重力坝的工
2、程实际情况, 利用 AN S Y S软件及其二次开发技术 , 对该坝的典型坝段进行 仿真分析研究。结合实测资料, 对该坝段进行全过程温度应力仿真计算。分析了施工期温度及温度应力随时间变 化情况以及某时刻在坝体的分布情况, 总结了其变化规律。结合沙沱碾压混凝土重力坝埋设温度计的实测温度, 将 计算结果与实测温度进行了比较, 表明有限元计算结果与实际情况相符, 保证了仿真分析的准确性。计算表明, 沙 沱碾压混凝土重力坝施工期温度应力状况总体情况良好 , 但应特别注意高温季节碾压混凝土的温控工作。沙沱碾 压混凝土坝的温度应力仿真分析工作为确立施工期的温控措施, 避免产生温度裂缝提供了参考。 关键词:
3、 碾压混凝土坝; 温度应力; 沙沱水电站; 仿真分析; 有限单元法 ; 温度场; 应力场 中图分类号 : TV3 1 5 ; T V5 4 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 1 6 8 3 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 5 0 0 4 S i mul at i o n S t u dy o f The r m a l S t r e s s o f S ha t u o Ro l l e r Co mpa c t e d Co nc r e t e Da m d u r i n g Co n s t r u c t i o n QI AO C h e n, CHE
4、NG J i n g, LI To n g - c h u n ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o p o we r E n g i n e e r i n g, Ho h a i U n i v e r s i t y, n j i n g 2 1 0 0 9 8 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Us i n g t h e ANS YS s o f t wa r e a n d i t s s e c o n d a r y d e v e l o p me n t
5、 t e c h n i q u e t h e s i mu l a t i o n c o mp u t a t i o n a n d f e e d b a c k r e s e a r c h o f S h a t u o r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e( RC C)d a m t e mp e r a t u r e f i e l d a r e r e a l i z e d, wh i c h i S b a s e d o n t h e p r a c t i c a l s i t u a t i o n o
6、 f t h e c o n s t r u c t i o n o f t h i s RCC d a m Th e v a r i a t i o n a n d t h e d i s t r i b u t i o n o f t e mp e r a t u r e a n d t h e r ma l s t r e s s i n RC C d a m i n c o n s t r u e t i o n p e r i o d a r e s t u d i e d Th e s i mu l a t i o n r e s u l t s a r e c o n s i s
7、 t e n t wi t h t h e me a s u r e d d a t a o f t h e t h e rm o me t e r s b u r i e d i n S h a t u o RCC d a m, wh i c h s u g g e s t s t h a t t h e r e s u l t s o f s i mu l a t i o n a r e c o r r e c t a n d r e l i a b l e Th e s i mu l a t i o n c o mp u t a t i o n o f t h e RcC d a m s
8、 h o ws a g o o d s t a t e o f t h e rm a 1 s t r e s s o f S h a t u o RCC g r a v i t y d a m d u r i n g c o n s t r u c t i o n a t t h e s a me t i me t h e a n a l y s i s r e s u l t c o n c l u d e t h a t t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e s s h o u l d b e s t r i c t e
9、 r d u r i n g h o t s e a s o n Th e s i mu l a t i o n s t u d y h a s a g r e a t r e f e r e n c e v a l u e t O d e t e r mi n e t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e s o f RCC d a m, i n o r d e r t O a v o i d t h e c r a c k c r e a t e d b y t h e t h e r ma l s t r e s s Ke
10、 y wo r d s : RCC d a m; t h e r ma l s t r e s s ; S h a t u o h y d r o p o we r s t a t i o n; s i mu l a t i o n a n a l y s i s ; s i mu l a t i v e c a l c u l a t i o n t e mp e r a t u r e f i e l d ; s t r e s s f i e 】 d 碾压混凝土坝的温控防裂是保证工程正常安全运行的 一 项重要工作 , 碾压混凝土施工技术通常采用薄层连续上 升, 每层摊铺后进行碾压的施工工
11、艺 , 层间间歇时间一般为 几个小时 在混凝土拌合、 运输、 摊铺以及碾压的过程中, 特 别是在高温季节 , 由于热量倒灌, 混凝土拌合物会吸收大量 的热, 因此, 对典型坝段温度应力进行全过程反馈分析十分 必要 。此外 , 应将计算 成果 与实测 温度进行 比较 , 以保 证温 度应力反馈分析的准确性 , 提高实际的工程参考价值。 l 工程资料 沙沱水电站位于贵州省东北部沿河县境内, 坝址控制流 域面积 5 4 5 0 8 k mz , 是乌江干流规划开发的第 9个梯级电 站。电站正常蓄水位 3 6 5 m, 水库相应库容 7 7 亿 r n 3 , 总库 容 9 1 亿 。水电站以发电为主
12、, 兼顾航运、 防洪及灌溉等 任务。 水 电站拦河大坝为全断面碾压混凝土重力 坝 , 建 成后最 大坝高 1 0 1 m, 坝顶高程 3 7 1 m。碾 压混凝 土重 力坝 8号坝 段为引水坝段, 2 0 1 0 年 3 月 1 7日开浇, 温控数据资料相对完 备, 故选取 8号坝段为典型坝段进行全过程反馈分析。结合 当地实际的气温条件、 浇筑进度 、 浇筑温度 、 通水过程, 对 8 号坝段进行仿真模拟, 计算该 坝段 5年 内的温度及应力 情况 。 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 3 0 6 修回 日期 : 2 0 1 2 0 3 3 1 网络 出版时间 : 2 0 1 2 0 4 1
13、 6 网络出版地 址: h t t p : www c n k i n e t k c ms d e t a i l 1 3 1 3 3 4 TV 2 0 1 2 0 4 1 6 1 7 1 9 0 0 7 h t ml 基金项 目: 国 家 自然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目 ( 5 1 0 0 9 0 5 6 ) ; 中 央 高 校 科 研 业 务 专 项 ( 2 0 0 9 13 0 1 8 1 4 ) ; 教 育 部 博 士 点 新 教 师 基 金 ( 2 01 0 0 0 9 4 1 2 0 0 0 5 ) 作者简介 : 乔晨 ( 1 9 8 7) , 女 , 河北石家庄人
14、 , 主要从 事水工结构方面 的研究 。E - ma i l : q i a o c h e n 0 1 2 3 h o t ma i l c o m 1 5 0 王 程 |蔽 4 采 乔晨等 沙沱碾压混凝土坝施工期温度应力仿真分析 8号坝段高程为 2 8 03 7 1 r n , 坝高 9 1 r n , 除坝顶 1 r f l 厚 的常态混凝土外, 其余坝体部分均采用碾压混凝土。上游面 采用二级配碾压混凝土 R I( C 2 0 Wa F 1 0 0 ) , 坝体内部采用 三级配碾压混凝土 R _ 1 1 ( C I 5 W6 F S 0 ) 。 表 1 沙沱碾压混凝土大坝各分区材料参数
15、Ta bl e 1 Th e ma t e r i a l s p a r a me t e r s o f S h a t u o RCC Da m 2 温度应力仿真分析 2 1 ANS Y S软件及有限元计算模型 A NS Y S软件是一款具有强大 的前后处理功 能和友好 的 操作界面的 C AE软件。作为一款大型通用有限元分析软 件, AN S YS提供了良好的二次开发环境, 利用二次开发工 具 , 可以对具体问题进行针对性的计算和分析, 提高了分析 效率 和质量 。 8 号坝段模型划分为 3 1个浇筑层, 其 中 3 O个为碾压混 凝土, 1 个为常态混凝土 ( 坝顶) 。碾压混凝土浇
16、筑层厚度为 1 5 5 m。三维计算模型坝体部分单元数为 1 1 1 1 2 , 坝基部 分单元数为 3 1 3 2 。 图 1 8号坝段三维仿真计算模 型 Fig 1 Th e t h r e e d i me n s i o n mo d u l e o f t h e s e c t i o n 8# o f Sh a t u oRCC d a m 2 2 仿真分析相关技术处理 碾压混凝土大坝在分层碾压浇筑的过程中, 坝体形状不 断发生变化, 在仿真计算时可利用生死单元来模拟这一过 程 , 依照碾压混凝土 大坝实 际浇筑 过程 , 按照 施工过 程将新 浇筑的混凝土顺序激活。 在计算时,
17、 将坝体分为若干碾压层和浇筑层, 按照从坝 基至坝顶的顺 序 , 分 为若干荷 载步 依次激 活每 一层混凝 土 。 随着坝体单元的逐步激活, 相应的温度荷载也同时施加, 以 此类推, 直到坝顶浇筑层浇筑完成, 这样就可以仿真模拟大 坝整个施工过程的温度场和应力场。 2 3 计算边界条件 计算分析时, 坝基底部、 上下游边界及左右侧边界作为 绝热边界, 其他边界为散热边界。 坝体上下游表面为第三类边界条件, 混凝土与空气接 触, 其表面的热流量与混凝土表面温度 T与气温 之差成 正 比 。 r - A 一I8 ( T ) 式中: 一混凝土导热系数; 一混凝土表面放热系数; 一混 凝土表面外法线
18、方 向。 2 4 计算温度与实测温度场比较 8号坝段 E L 2 8 8 r n高程共埋设 5支温度计, 编号分别 为 Tb B - 1 、 T b B - 2 、 T b B - 3 、 Tb B - 4和 Tb B - 5 , 位于第三浇筑层。 故在层内选择节点, 绘制其温度变化曲线, 与 5 支温度计的 实测曲线进行比较。 图 2为 5支温度计所 测温 度变化 曲线 。通 过 图 3和 图 4 , 温度计算值与测点平均值曲线的比较可以看出, 计算结果 与 5支温度计的实测结果相符, 接近实际情况, 故温度应力 的仿真计算能够反映 8号坝段的实际温度应力状况。 温度计 Tb B - 5 位
19、于坝纵 0 +0 4 8 5 0 0 处 , 距离大坝下游 表面 1 5 m左右, 故其所测温度受坝体表面气温变化的影响 较大。取高程 2 8 8 m的坝体下游表面节点( 节点 A) 和靠近 表面的节点( 节点 B , 距离表面 3 m) , 绘制温度变化历程曲 线, 并与气温变化曲线进行比较 。如图 5所示, 温度计 Tb B - 5所测温度与节点 A和节点 B的计算结果温度相符。 憾 赠 1 撼 赠 日期 图 2 实测温度 时间变化 曲线 Fi g 2 Th e m e a s u r e d t e mp e r a t u r e v a r i a t i o n c u r v e
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- 关 键 词:
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