溢洪道混凝土的温控防裂方案研究.pdf
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1、科研管理 水利规划与设计 2 0 1 4年第 6期 溢洪道混凝土的 温控 皿丁 防裂方案研究 韩绪博 王兆刚 。 ( 1 华北水利水电大学 河南郑州4 5 0 0 1 1 ;2 水利部建设管理与质量安全中心 北京 1 0 0 0 3 8 ; 3 北京市平谷区水务局 北京 1 0 1 2 o 0 ) 【 摘要】 由于水工建筑物溢洪道要承受高速和大流量的水冲刷,其对混凝土施工质量要求严格,防止裂缝的产 生是工程建设者面临的一大难题。本文从溢洪道混凝土的材料特性和结构特点阐述了其裂缝机理,从材料方面和施工措 施方面提出了防止裂缝的措施,并以某实际溢洪道为例,采用三维有限单元法,研究了改善应力状态、防
2、止裂缝产生的 混凝土温控防裂方案,指导工程施工。该方法对同类型工程的施工具有一定的参考意义。 【 关键词】 溢洪道裂缝机理温控防裂表面保温有限单元法 【 中图分类号】T V 6 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 - 0 0 6 0 - 0 4 【 D O I编码 】 i 0 3 9 6 9 j i S s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 4 0 6 0 2 0 1 前言 随着 国 民经济 的快速 发展 和对 清 洁 能源 需 求 的加 大 ,我 国西 南地 区 的水 能逐渐 得 到重 视 和 开 发,为
3、 此 ,一大 批水 利水 电工程 正在 建 设 或 者 处于 规 划设 计 中 ,包 括 大坝 、溢洪 道 、泄 洪洞等大型水工建筑物 。对这类水利工程而言, 其水工 建筑物 的安全和耐久性非常重要 ,它不但 关乎整个 工程 的安全 ,也严重影响下游人 民的生 命财产 。工程经验 u 一 表 明,影响这类水工建筑 物 安全 的一个重要因素是裂缝 问题 ,因此这类水 工建筑 物 的裂缝 问题是不得不重视 问题 。 溢 洪道 的 工作 特 点是要 承 受高 流速 和大 流 量 的水 流,其 混凝 土 也往 往采 用抗 冲 耐磨 混凝 土 ,这 种类 型混凝土 具有水泥用量 大,绝热温升 高等特点。
4、溢洪道结构特点具有厚度较小、顺河 向分缝长度较长 、基 础约束强等特 性 。这些特 点 决 定 了在我 国现 有 温控 技 术条 件下 ,溢洪 道施 工 期 的温度 控 制就 成为 工程 质量 保证 的关 键 。本文 以三 维 有 限单元 法计 算 程序 对某 大 型 溢 洪道 分析 了不 同温控 措施 组合 条件 下 的温 控 防裂效果,筛选出适合该工程的温控防裂措施, 指导工程施工 。该方法和措施对类 似工程具有重 要参考意 义。 溢 洪道 特殊 的功 能特 点决 定 了它 常采用 高 性能混凝土 ,它 的强度和抗冲耐磨性 能得到 了建 设者 的喜欢 。但 是高性能混凝 土具有水灰 比小、
5、 水 泥用 量 多、水 化热 量 大、混凝 土 绝热 温 升 高 且 集 中在 早期 释放 等热 学特 性 ;也具 有弹 性模 量大 、强度早强和 自生体积变 形大等力学特 性, 这些特性使其开裂现象更难控制 ,裂缝 出现也更 为普遍 、更加 防不胜 防。 2 2 结构方面 不 同于大坝大 体积混凝土结构 ,溢洪道 结构 单薄, 厚度小基本是 l 2 m厚;与渡槽结构不 同, 溢洪道结构简单,没有底板和侧墙 、 边墙和底板 、 主梁和底板等结构部位之 间的相互变形约束 。但 是不 同于大坝和渡槽 等结构 ,溢洪道顺河 向分缝 长度较长 ,整个 结构都处于强约束 区,受地基约 束非常 明显 ,
6、很容易产 生裂缝 , 且一旦 出现裂缝 , 都将是贯穿性裂缝 ,严重影 响结构 的耐久性和安 全性 。 总 之 ,溢 洪 道 的材料 特 点和 结构 特 点 决定 了其对于裂缝更为敏感 ,防裂 的要求更 为严格 , 防裂难度 也更大 ,施工 中最大限度的控制危 害裂 缝 出现对未来工程安全具有极其重要的意义。 3 溢洪道混凝土的温控防裂措施 2 溢洪道混凝土裂缝成因和机理 3 1 优化混凝土材料 2 1 材料方面 作者简介:韩绪博 ( 1 9 8 2 年一) ,男,工程师 。 6 0 科研管理 水利规划与设计 2 0 1 4年第 6期 护 ,为了达 到最佳温控效果 ,以下面表 3中方案 为研
7、究对象 ,筛选温控措施 。温 控方案具体详 细 1 、方案 2 、方案 3 、方 案 4 ,四组组合温控 措施 内容见表 3 。 表 3 温控 方案 水管冷却 方案 浇筑温度 ( ) 表面保温 ( k J h ) 目标温度 ( ) 间距 ( m Xm ) 水温 ( ) 流量 ( In 3 h ) 方案 1 1 5 1 O 1 O 方案 2 1 5 2 0 2 8 1 0 1 0 1 3 2 0 方案 3 l 5 早期保温系数 2 0 ,l O月份后保温系数为 5 2 8 1 O 1 0 l 3 2 O 方案 4 1 5 早期流水养护,1 0月份后保温系数为 5 2 8 1 0 1 0 1 3
8、2 0 4 4计算结果分析 仿 真计 算 结果 夏 季浇筑 不 同方 案 溢洪 道最 高温度最大应 力摘 要见表 4 ,有关 图的情况 见图 2图 5所示 。 表 4 夏季浇筑不同方案溢洪道最高温度最大应力摘要 方案 混凝土内部 混凝土表面 最高温度 ( ) 最大顺水流应力 ( a ) 龄期 ( d ) 安全系数 最大顺水流应力 ( a ) 龄期 ( d ) 安全系数 方案 l 4 1 7 5 3 8 9 2 0 7 1 1 5 3 3 7 2 0 1 1 3 3 方案 2 3 7 1 9 3 2 5 2 l 3 1 3 7 3 1 8 2 0 5 1 4 0 方案 3 3 7 6 O 2 8
9、 7 2 2 5 1 5 6 2 7 3 2 1 9 1 6 4 方案 4 3 5 4 2 2 5 0 2 2 5 1 7 9 1 7 7 2 1 5 2 5 3 ( 1 )方案 1 设为没有任何温控措施 的工况 , 以了解其温 度和应 力变化 规律 。从计算结果可 以 看 出,在没 有任 何温控措施 下,溢洪道混凝土 内 部最高温度 可达到 4 1 7 5 ,由于没有表面保温 , 在龄期 9天 时温度 降为 3 1 1 2 ,降幅 9 5 4 , 降温 速 度 为 1 1 d 。 由于是在 夏 季高 温季 节 施工 ,之 后混 凝土 温度 随气温 变 化 ,温 度 不断 降低 ,到来年一月中
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