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(dá)到調(diào)整壩體應(yīng)力狀態(tài)的目的.拱壩每個(gè)壩段均不設(shè)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(wù)十分繁重.為了研究混凝土不同齡期在二期冷卻過程中對(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響,本文以某拱壩為背景,采用三維有限元法對(duì)拱壩施工期溫度場及溫度應(yīng)力進(jìn)行全過程仿真分析。計(jì)算中,混凝土二期冷卻齡期不同，但冷卻水溫、冷卻時(shí)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(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響規(guī)律。其結(jié)論對(duì)設(shè)計(jì)單位制定溫控措施及灌漿方案具有參考價(jià)值；為施工單位根據(jù)當(dāng)時(shí)的特定需要，進(jìn)行二期冷卻提供了依據(jù)。

　　關(guān)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(yùn)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(jī)容量4200MW（6 臺(tái)，單機(jī)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(gè)壩段，42 條橫縫，其中河床壩段4 個(gè)，岸坡壩段39 個(gè)。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(gè)目的:一方面是為了便于施工，將龐大的壩體逐塊逐層地進(jìn)行澆筑；另一方面是為了防止裂縫，用事先設(shè)計(jì)好的備用鍵槽和灌漿止水設(shè)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(jì)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(duì)溫度徐變應(yīng)力的影響更符合實(shí)際要求，我們?cè)谶M(jìn)行溫控仿真分析建模時(shí)按施工中跳倉的實(shí)際順序進(jìn)行模擬，形成20節(jié)點(diǎn)的有限元模型。

　　2.1 計(jì)算模型

　　本文以某拱壩典型壩段950m～985m范圍內(nèi)澆筑的混凝土為研究對(duì)象[3]，整壩段剖分單元17248個(gè)，節(jié)點(diǎn)80998個(gè)。考慮當(dāng)冷卻區(qū)內(nèi)（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(shí)壩體強(qiáng)約束區(qū)內(nèi)溫度徐變應(yīng)力場的變化。

　　2.2 混凝土熱、力學(xué)性能參數(shù)采用

　　為了能使研究成果較好的切合工程實(shí)際，我們對(duì)委托方和參建方提供的大量最新實(shí)驗(yàn)資料及分析成果進(jìn)行了甄別選用，并就其中若干項(xiàng)重要的混凝土性能參數(shù)進(jìn)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(shí)刻最大應(yīng)力與方案1（反饋方案）的對(duì)比。從計(jì)算結(jié)果來看，當(dāng)混凝土齡期為30 天時(shí)開始二期冷卻產(chǎn)生的拉應(yīng)力相對(duì)于其它方案都要低，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在第261 天，達(dá)到1.32MPa；如果混凝土最短齡期為90 天開始二冷，拉應(yīng)力為2.04MPa。

　　產(chǎn)生最大應(yīng)力的部位并不在最短齡期的混凝土中，產(chǎn)生最大拉應(yīng)力的時(shí)間在冷卻過程中也不盡相同。從表中的應(yīng)力值來看，當(dāng)齡期越長時(shí)開始二期冷卻產(chǎn)生的拉應(yīng)力越大[2]，例如90 天齡期開始冷卻時(shí)的拉應(yīng)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(shí)機(jī)和齡期與最大應(yīng)力產(chǎn)生的量值密切相關(guān)，差值比較大。冷卻過程中混凝土齡期是相當(dāng)重要的關(guān)鍵因素。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)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(jié)構(gòu)徐變應(yīng)力分析的隱式解法[J]，水利學(xué)報(bào)，1983(5):40-46。

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

　　作者：

　　河海大學(xué)工程力學(xué)系 張志超

　　山東省城鄉(xiāng)建設(shè)勘察院 郎雷亮