某水电站碾压混凝土溢流坝段温控计算研究

论文摘要

大体积混凝土结构的温度应力与结构形式、气候条件、施工方法、材料特性等多种因素有密切关系。温度场和温度应力分析、温度控制及防裂措施研究具有重要理论研究意义和实用价值。本文根据热传导理论和弹性理论,考虑混凝土结构的徐变特性,采用三维有限元法浮动网格法模拟碾压混凝土坝的施工过程进行了温度场和温度应力的仿真计算。计算中考虑了混凝土的绝热温升、弹性模量、徐变度和自生体积变形随龄期的变化以及分层浇筑、夏季停工、外界气温变化、通水冷却及分期蓄水等因素对坝体温度场和温度应力的影响。根据某水电站碾压混凝土溢流坝段施工过程、材料热力学试验参数、外界气温、分期蓄水、通水冷却和表面保温等具体措施,对初设阶段8种施工方案进行了施工期和运行期温度场和温度应力场仿真计算,给出了施工期和运行期不同时刻的温度等值线图和温度应力等值线图、典型点温度和应力历时曲线图；给出了基础常态混凝土垫层区、基础强约束区、基础弱约束区以及非约束区的最高温度、最大温差和最大温度应力；分析了不同施工方案施工期和运行期的坝体温度场和温度应力分布规律,提出了能满足混凝土重力坝设计规范要求的推荐施工方案。通过对不同施工方案温度场和温度应力分布规律研究表明,基础常态混凝土垫层区温度应力比较大,局部拉应力超过基础常态混凝土180天龄期的允许抗裂应力,需要对该区域加强温控措施。推荐方案除基础常态混凝土垫层区温度应力比较大,局部拉应力超过基础常态混凝土180天龄期的允许抗裂应力外,坝体其他部位的最大温差、内外温差和最大温度应力均满足设计要求。研究成果为该水电站碾压混凝土溢流坝段温控设计提供了依据。对类似工程的温控设计和施工方案选择具有重要参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究混凝土坝温度应力的意义及任务
• 1.2 混凝土坝的温度应力
• 1.2.1 常态混凝土坝的温度应力问题
• 1.2.2 碾压混凝土坝的温度应力问题
• 1.3 温度问题的研究方法及研究现状
• 1.3.1 大体积混凝土温度场及应力场的研究方法
• 1.3.2 大体积混凝土温度场及应力场的研究现状
• 1.4 问题的提出及研究意义
• 1.5 本文研究目的及研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 大体积混凝土温度场和温度徐变应力场三维有限元计算原理
• 2.1 热传导基本理论
• 2.1.1 热传导方程
• 2.1.2 温度场的几个基本概念
• 2.1.3 热传导问题的定解条件
• 2.2 三维有限元基本理论
• 2.3 大体积混凝土温度场的有限单元法
• 2.3.1 大体积混凝土稳定温度场有限元计算公式
• 2.3.2 大体积混凝土非稳定温度场有限元计算公式
• 2.4 大体积混凝土应力场的有限单元法
• 2.4.1 混凝土的变形
• 2.4.2 大体积混凝土温度徐变应力的有限元隐式解法
• 3 某碾压混凝土重力坝温度应力计算基本资料
• 3.1 工程概况
• 3.2 基本资料
• 4 温度应力计算模型和计算方案
• 4.1 计算模型及坐标系
• 4.2 计算方案
• 4.3 水库水温计算
• 4.3.1 水库水温计算公式
• 4.3.2 水库水温计算成果
• 5 溢流坝段温度场计算分析
• 5.1 准稳定温度场计算分析
• 5.2 非稳定温度场计算分析
• 5.2.1 非稳定温度场计算成果
• 5.2.2 非稳定温度场计算成果分析
• 6 溢流坝段温度应力计算分析
• 6.1 温度应力计算成果
• 6.2 温度应力计算成果分析
• 7 结论和建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录