分析混凝土龄期在二期冷却过程中对温度徐变应力的影响

　　摘要：混凝土拱坝二期冷却一方面是为横缝的接缝灌浆创造条件,另一方面也可以达到调整坝体应力状态的目的.拱坝每个坝段均不设纵缝,一期冷却散热量受到限制,所以混凝土二期冷却的任务十分繁重.为了研究混凝土不同龄期在二期冷却过程中对温度徐变应力的影响,本文以某拱坝为背景,采用三维有限元法对拱坝施工期温度场及温度应力进行全过程仿真分析。计算中,混凝土二期冷却龄期不同，但冷却水温、冷却时间等重要参数相同的情况下得出混凝土不同龄期在二期冷却过程中对温度徐变应力的影响规律。其结论对设计单位制定温控措施及灌浆方案具有参考价值；为施工单位根据当时的特定需要，进行二期冷却提供了依据。

　　关键词：仿真分析 龄期 二期冷却

　　1.概述

　　某水电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙、航运等综合利用效益。

　　水库流域面积113300km2，水库库容1491.4 亿m3，电站装机容量4200MW（6 台，单机容量700 MW），多年平均发电量188.9 亿kw.h，保证出力1854MW。属I 等大（1）型工程。枢纽由混凝土双曲拱坝，右岸引水发电系统，泄洪隧洞，水垫塘和二道坝组成。大坝为抛物线型变厚度双曲拱坝，最大坝高292m，坝顶高程1245m，最大底宽73m，坝顶宽度12m，厚高比0.238，坝顶中心线弧长922.74m，弧高比2.7。大坝共分43 个坝段，42 条横缝，其中河床坝段4 个，岸坡坝段39 个。大坝采用边浇筑，边冷却，边封拱灌浆，边蓄水的施工方式。

　　混凝土坝的体积庞大，施工中常用纵横接缝把坝体分成许多柱状块体，并以水平施工缝将柱状块分成许多浇筑层。分缝分块有两个目的:一方面是为了便于施工，将庞大的坝体逐块逐层地进行浇筑；另一方面是为了防止裂缝，用事先设计好的备用键槽和灌浆止水设备的人工缝去代替杂乱的自发的裂缝[1]。混凝土拱坝横缝的灌浆一方面受季节的限制,另一方面受缝面张开度的影响。因此模拟混凝土施工过程确定二期冷却开始的混凝土的最佳龄期是有必要的。

　　2．计算方法

　　本工程是反馈分析，为了研究混凝土龄期在二期冷却过程中对温度徐变应力的影响更符合实际要求，我们在进行温控仿真分析建模时按施工中跳仓的实际顺序进行模拟，形成20节点的有限元模型。

　　2.1 计算模型

　　本文以某拱坝典型坝段950m～985m范围内浇筑的混凝土为研究对象[3]，整坝段剖分单元17248个，节点80998个。考虑当冷却区内（35m范围）混凝土的最短龄期为30天、60天和90天这三种情况时坝体强约束区内温度徐变应力场的变化。

　　2.2 混凝土热、力学性能参数采用

　　为了能使研究成果较好的切合工程实际，我们对委托方和参建方提供的大量最新实验资料及分析成果进行了甄别选用，并就其中若干项重要的混凝土性能参数进行了敏感性分析[1]。

　　3.成果分析

　　表3.1 是三种工况的典型时刻最大应力与方案1（反馈方案）的对比。从计算结果来看，当混凝土龄期为30 天时开始二期冷却产生的拉应力相对于其它方案都要低，应力最大值出现在第261 天，达到1.32MPa；如果混凝土最短龄期为90 天开始二冷，拉应力为2.04MPa。

　　产生最大应力的部位并不在最短龄期的混凝土中，产生最大拉应力的时间在冷却过程中也不尽相同。从表中的应力值来看，当龄期越长时开始二期冷却产生的拉应力越大[2]，例如90 天龄期开始冷却时的拉应力比30 天龄期的增大了34.2%，主要原因是徐变不一样。说明二期冷却的时机和龄期与最大应力产生的量值密切相关，差值比较大。冷却过程中混凝土龄期是相当重要的关键因素。

　　参考文献

　　[1] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M]，北京:中国电力出版社，1998。

　　[2] 朱伯芳.混凝土结构徐变应力分析的隐式解法[J]，水利学报，1983(5):40-46。

　　[3] 王树和. 高拱坝全过程温度应力仿真研究[J ]，水利水电技术，2000，3l（7）：7-12。

　　作者：

　　河海大学工程力学系 张志超

　　山东省城乡建设勘察院 郎雷亮