碾压混凝土拱坝温度场和应力场仿真计算研究.pdf
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1、第 3 6卷第 1 期 2 0 1 4年 1月 人民黄河 YE L L OW RI VER Vo 1 3 6 No 1 J a n , 2 0 1 4 【 水利水 电工程 】 碾压混凝土拱坝温度场和应力场仿真计算研究 薛元琦 , 张晓飞 , 白继中 ( 1 山西水利职业技术学院, 山西 运城 0 4 4 0 0 4; 2 西安理工大学 水电学院, 陕西 西安7 1 0 0 4 8 ) 摘要 : 采用三维有限元法模拟某碾压混凝土拱坝的施工过程 , 进行 了温控仿真计算, 分析了该工程温度场和应力场的 分布规律 , 提出了温控推荐方案。结果表明: 采取初期、 中期和后期冷却措施后, 大坝的最高温度
2、满足碾压混凝土坝设计 规范要求, 同时也满足封拱灌浆要求, 最大温度应力小于混凝土的允许拉应力。 关键词:三维有限元法;施工过程;仿真计算;封拱灌浆;碾压混凝土拱坝 中图分类号:T V 6 4 2 4 文献标志码: A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 - 1 3 7 9 2 0 1 4 0 1 0 3 3 S i mu l a t i o n a n d S t u d y o n Ro l l e r Co mp a c t e d Co n c r e t e Ar c h Da m Te mp e r a t u r e F i e l d a
3、 n d S t r e s s Fi e l d XUE Yu a n q i ,Z HANG Xi a o f e i ,B AI J i z h o n g ( 1 S h a n x i Wa t e r C o n s e r v a n c y T e c h n i c a l I n s t it u t e ,Y u n e h e n g 0 4 4 0 0 4,C h i n a ; 2 F a c u l t y o f Wa t e r Re s o u r c e s and Hy d r a u l i e P o w e r , X i a n U n i v
4、e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,X i a ll 7 1 0 0 4 8, C h i n a ) Ab s t r a c t :I t s i mu l a t e d a RCC a r c h d a m c o n s t r u c t i o n p r o c e s s ,c o n d u c t e d t e mpe r a t u r e c o n t r o l s i mu l a t i o n,a n aly z e d t h e d i s t r i b u t i o n r u l e o f t h e
5、t e rn p e r a t u r e fie l d a n d s t r e s s fie l d and p u t f o r wa r d t h e r e c o mme n d e d s c h e me o f t e mp e r a t u r e b y u s i n g t h r e e d i me n s i o n al fi n i t e e l e me n t me tho d Th e re s u hs i n dic a t e tha t a f t e r t h e i n i t i al,i n t e r me d i
6、a t e a n d l a t e p h a s e s o f c o o l i n g me a s u res ,the ma x i mu m t e mp e r a t u r e o f t h e d am me e t s t h e RC C d am d e s i g n s p e c i f i c a t i o n r e q u i reme n t s,b u t als o me e t t h e c l o s u r e g r o u t i n g r e q u i reme n t s ;t h e ma x i mu m t e m
7、p e r a t u r e s t res s i s l e s s t h a n t h e a l l o w a b l e t e n s i l e s t r e s s o f t h e c o n c r e t e Ke y wo r d s :thr e e d i me n s i o n al fin i t e e l e me n t me th o d;c o n s t r u c t i o n pr o c e s s ;s i mu l a t i o n c alc u l a t i o n;c l o s i n g a r c h f o
8、 r g r o u t i n g; RCC a r c h d am 碾压混凝土拱坝具有施工速度快、 建设周期短、 施工方法 简便、 整体性好、 超载能力强、 安全度高、 坝体断面小、 可分层碾 压填筑和大规模机械化施工的特点 , 突破了传统拱坝分块柱状 浇筑的限制, 可采用干硬性、 高掺粉煤灰、 低水泥用量的混凝土 进行薄层大仓面连续浇筑 , 具有节约水泥、 温控措施简单 、 工期 短 、 工程造价低的优点。这一坝型在我国西部能源开发与利用 方面也具有重要的应用前景 。 拱坝是空间整体结构, 坝体轻韧, 弹性较好 , 坝身不设永久 伸缩缝 , 温度应力和基岩变形对坝体应力的影响较为显著
9、J 。 温度荷载是拱坝的一项主要荷载, 温度变形受到的边界约束比 较大, 因此在拱坝内可能出现较大的温度应力。当温度拉应力 超过混凝土的允许抗拉强度时, 就可能导致裂缝的出现, 因此对 碾压混凝土拱坝进行温控仿真计算研究具有重要意义 J 。 笔者采用三维有限元法对西南地区某碾压混凝土拱坝温 度场和温度应力进行了全过程仿真计算, 提出了满足设计要求 的温控设计方案。 1 工程概况 某工程拦河大坝采用碾压混凝土拱坝, 坝顶高程 1 0 4 3 IT I , 坝顶宽 5 0 i n , 坝顶弧长 1 8 7 in, 最大坝高 6 0 m, 建基高程 9 8 3 1 0 0 In。大坝两端为非溢流坝段
10、, 左岸非溢流坝长 7 1 m, 右岸非溢 流坝长 7 6 m。大坝河床段为溢流坝段 , 设有 自由溢流式溢洪 道, 其溢流宽度为4 0 O m, 堰顶高程 1 0 3 5 0 0 。溢流坝顶设4跨 2 I n宽 的交通桥。坝下游设置混凝土护坦 , 护坦长 3 0 m、 宽 4 2 0 m、 厚 2 0 m。水库正 常蓄水位 1 0 3 5 m, 设计 洪水位 1 0 3 9 4 8 In, 校核洪水位 1 041 3 4 m。该工程为中型工程 , 大坝 为三级建筑物。 2 计算原理与方法 在计算域R内任一点, 非稳定温度场 T ( x , Y , z , r ) 需满足热 传导方程 。J :
11、 O T 褰+ 0 2_ _r + 害 ) + , 式中: 为导温系数; 为混凝土的绝热温升 ; 为龄期。 混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应变增量、 徐变应变增量、 温度应变增量、 干缩应变增量和 自生体积变形 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 1 - 0 8 基金项 目: 陕西省 自然科 学基础研 究计划项 目( 2 0 1 2 J Q 7 0 0 8 ) 。 作者简介: 薛元琦( 1 9 6 3 一) , 男, 山西万荣人, 讲师, 工程硕士, 主要从事水利工 程教 学与研 究工作 。 E- ma i l : s x s y x y q y a h o o c o rn c a
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