分析混凝土齡期在二期冷卻過程中對溫度徐變應力的影響

　　摘要：混凝土拱壩二期冷卻一方面是為橫縫的接縫灌漿創(chuàng)造條件,另一方面也可以達到調整壩體應力狀態(tài)的目的.拱壩每個壩段均不設縱縫,一期冷卻散熱量受到限制,所以混凝土二期冷卻的任務十分繁重.為了研究混凝土不同齡期在二期冷卻過程中對溫度徐變應力的影響,本文以某拱壩為背景,采用三維有限元法對拱壩施工期溫度場及溫度應力進行全過程仿真分析。計算中,混凝土二期冷卻齡期不同，但冷卻水溫、冷卻時間等重要參數(shù)相同的情況下得出混凝土不同齡期在二期冷卻過程中對溫度徐變應力的影響規(guī)律。其結論對設計單位制定溫控措施及灌漿方案具有參考價值；為施工單位根據(jù)當時的特定需要，進行二期冷卻提供了依據(jù)。

　　關鍵詞：仿真分析 齡期 二期冷卻

　　1.概述

　　某水電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙、航運等綜合利用效益。

　　水庫流域面積113300km2，水庫庫容1491.4 億m3，電站裝機容量4200MW（6 臺，單機容量700 MW），多年平均發(fā)電量188.9 億kw.h，保證出力1854MW。屬I 等大（1）型工程。樞紐由混凝土雙曲拱壩，右岸引水發(fā)電系統(tǒng)，泄洪隧洞，水墊塘和二道壩組成。大壩為拋物線型變厚度雙曲拱壩，最大壩高292m，壩頂高程1245m，最大底寬73m，壩頂寬度12m，厚高比0.238，壩頂中心線弧長922.74m，弧高比2.7。大壩共分43 個壩段，42 條橫縫，其中河床壩段4 個，岸坡壩段39 個。大壩采用邊澆筑，邊冷卻，邊封拱灌漿，邊蓄水的施工方式。

　　混凝土壩的體積龐大，施工中常用縱橫接縫把壩體分成許多柱狀塊體，并以水平施工縫將柱狀塊分成許多澆筑層。分縫分塊有兩個目的:一方面是為了便于施工，將龐大的壩體逐塊逐層地進行澆筑；另一方面是為了防止裂縫，用事先設計好的備用鍵槽和灌漿止水設備的人工縫去代替雜亂的自發(fā)的裂縫[1]。混凝土拱壩橫縫的灌漿一方面受季節(jié)的限制,另一方面受縫面張開度的影響。因此模擬混凝土施工過程確定二期冷卻開始的混凝土的最佳齡期是有必要的。

　　2．計算方法

　　本工程是反饋分析，為了研究混凝土齡期在二期冷卻過程中對溫度徐變應力的影響更符合實際要求，我們在進行溫控仿真分析建模時按施工中跳倉的實際順序進行模擬，形成20節(jié)點的有限元模型。

　　2.1 計算模型

　　本文以某拱壩典型壩段950m～985m范圍內澆筑的混凝土為研究對象[3]，整壩段剖分單元17248個，節(jié)點80998個。考慮當冷卻區(qū)內（35m范圍）混凝土的最短齡期為30天、60天和90天這三種情況時壩體強約束區(qū)內溫度徐變應力場的變化。

　　2.2 混凝土熱、力學性能參數(shù)采用

　　為了能使研究成果較好的切合工程實際，我們對委托方和參建方提供的大量最新實驗資料及分析成果進行了甄別選用，并就其中若干項重要的混凝土性能參數(shù)進行了敏感性分析[1]。

　　3.成果分析

　　表3.1 是三種工況的典型時刻最大應力與方案1（反饋方案）的對比。從計算結果來看，當混凝土齡期為30 天時開始二期冷卻產生的拉應力相對于其它方案都要低，應力最大值出現(xiàn)在第261 天，達到1.32MPa；如果混凝土最短齡期為90 天開始二冷，拉應力為2.04MPa。

　　產生最大應力的部位并不在最短齡期的混凝土中，產生最大拉應力的時間在冷卻過程中也不盡相同。從表中的應力值來看，當齡期越長時開始二期冷卻產生的拉應力越大[2]，例如90 天齡期開始冷卻時的拉應力比30 天齡期的增大了34.2%，主要原因是徐變不一樣。說明二期冷卻的時機和齡期與最大應力產生的量值密切相關，差值比較大。冷卻過程中混凝土齡期是相當重要的關鍵因素。

　　參考文獻

　　[1] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M]，北京:中國電力出版社，1998。

　　[2] 朱伯芳.混凝土結構徐變應力分析的隱式解法[J]，水利學報，1983(5):40-46。

　　[3] 王樹和. 高拱壩全過程溫度應力仿真研究[J ]，水利水電技術，2000，3l（7）：7-12。

　　作者：

　　河海大學工程力學系 張志超

　　山東省城鄉(xiāng)建設勘察院 郎雷亮