碾压混凝土重力坝的温度应力与温度控制

系统地研究了碾压混凝土重力坝的温度应力与温度控制问题。碾压混凝土的抗裂能力低于常规混凝土，碾压混凝土重力坝内部降温很慢，其有利的一面是，内部降温结束时，坝体早已竣工，自重和水压力的作用可使坝体内部的拉应力显著降低；其不利的一面是，内外温差较大，冬季在坝体上下游表面会产生较大的拉应力，可能引起水平或铅直裂缝．由于通仓浇筑，上下层温差在碾压混凝土重力坝内可能引起较大的拉应力，冬季孔口内的水温或气温通常远低于实体重力坝的稳定温度，坝内孔口在坝体内部可能引起较大的拉应力．文中给出了三峡碾压混凝土重力坝的温度应力计算结果．     

龙滩重力坝三维仿真与劈头裂缝问题研究

龙滩重力坝通航坝段坝轴向长度达88m,下部设2条横缝,无纵缝,不进行接缝灌浆前的二期冷却,坝内温度下降极慢,因此上游面坝轴向应力很大,极易产生劈头裂缝。作者对该坝段施工过程进行了多种工况的温度场与应力场的三维仿真计算。计算结果表明,即使采取了一系列综合温控措施,无保温时,在年变化气温影响下,冬季仍会在上游表面引起2 0～2 2MPa的坝轴向拉应力,寒潮引起的拉应力在3 0MPa以上,二者叠加,可达5 0MPa以上,足以引起表面裂缝,蓄水后会扩展为较深的劈头裂缝。仿真结果表明,用4～5cm厚的苯板贴在上游表面,可将上游表面的拉应力控制在1 6MPa以内,有效地防止表面裂缝的产生,并因此而避免劈头裂缝的产生。     

碾压混凝土重力坝通水冷却仿真分析

碾压混凝土重力坝采用干硬性混凝土和薄层碾压方法施工,易受高气温、强烈日晒等环境因素影响,加大了我国南方地区碾压混凝土重力坝温度控制难度。以大型有限元软件ANSYS为平台,考虑通水冷却措施,对碾压混凝土重力坝进行全过程仿真计算。根据温度场及应力场计算分析结果,在采取通水冷却措施后,坝体温度及应力得到有效控制(最大应力约0.75 MPa),但根据应力历程曲线,建议实际工程中做好坝体表面冬季保温措施。     

解决重力坝加高时温度应力的新思路和技术

重力坝加高时，老坝块已充分冷却，由于水泥水化热及浇筑温度等原因，新浇坝块的温度将超过老坝块，新老坝块之间将形成温差。这一温差不但将在新坝块中引起拉应力，还将在老坝块的坝踵部位引起拉应力，使坝体应力恶化，甚至引起裂缝。为此，提出一套新思路和新技术，综合应用弹性力学圣维南原理、水管超冷和强力保温措施。解决了重力坝加高的温度应力难题。分析结果表明，这一套新的思路和技术是有效的。     

通仓浇筑常态混凝土和碾压混凝土重力坝的劈头裂缝和底孔超冷问题

不少重力坝在上游面产生了几十米深的严重劈头裂缝，首次指出这与通仓浇筑有密切关系，由于坝内没有纵缝，因而没有接缝灌浆前的二期水管冷却，水库蓄水时，坝内温度仍然很高，而水温较低，产生了较大的内外温差，使得在施工过程中上游面已出现的表面裂缝扩展成为深层劈头裂缝。目前，碾压混凝土重力坝的高度不大，似乎还没有报导过严重劈头裂缝，但碾压混凝土重力坝也是通仓浇筑的，没有二期水管冷却，今后随着坝高的增加，对碾压混凝土重力坝产生劈头裂缝的问题也应给予重视．对于通仓浇筑的常态混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝，由于基础约束区域扩大，底孔超冷可能产生巨大的温度应力，并引起严重裂缝．为了防止裂缝，需要采取严格的温度控制措施．针对三峡大坝通仓浇筑方案，进行了详细的计算分析，计算结果证实了上述判断．     

大体积混凝土表面保温能力计算

经验表明,气温变化是引起大体积混凝土裂缝的重要原因,而保温是防止表面裂缝的最有效措施.本文提出了关于大体积混凝土表面保温能力的一套比较完整的计算公式.利用这套公式,可以根据当时当地的具体条件,很快地求出为抗御气温日变化、寒潮及冬季低温所需的表面保温能力。     

高海拔气候环境下碾压混凝土重力坝施工期开裂风险分析

DG水电站位于高寒高海拔地区，气候环境复杂。为研究施工期碾压混凝土温控防裂问题，选取DG水电站厂房坝段为研究对象，采用三维数值仿真模拟技术进行施工期大坝温度场和温度应力计算，以及气温骤降、昼夜大温差对坝体影响的敏感性分析。研究结果表明：气温骤降、昼夜大温差在坝体表面分别产生约1.4,0.9 MPa的拉应力，易在坝体表面引起裂缝；为了减小由此引发的混凝土开裂风险，采用混凝土表面保温防护措施之后，坝体表面温度应力相应得到显著改善，拉应力分别减少至约0.3,0.4 MPa。     

严寒地区常态混凝土拱坝长期保温防裂措施

在严寒地区修建混凝土拱坝,超低极端气温、超大年内温差和冬季突发寒潮等环境温度荷载是造成混凝土结构拉裂破坏的重要因素,因此开展长期保温防裂措施的研究意义重大。采用等效原理,提出了保温层-混凝土复合材料的热传导等效模拟概念,建立了有限元数值仿真中不同厚度混凝土与表面保温层等效单元;利用严寒地区长期实测资料和同类工程经验,选定结构数值仿真的气温、水温和材料热力学参数,开展温降工况下不同保温层厚度的坝体温度场及应力场数值计算与分析。结果表明:严寒地区坝体在无保温层时的坝体表面混凝土温度变化规律与气温基本相同,采取保温措施后保温层对坝体表面的保温效果较为明显,保温效果随保温层厚度的增加而增强;无保温层时上下游坝面出现大面积的拉应力区,增加保温层后坝体的拉应力区有所减小且应力随保温层厚度的增加而逐渐减小。     

短历时暴雨袭击致早龄期混凝土温度裂缝研究

早龄期混凝土表面开裂是工程中普遍存在的问题。模拟了某拱坝17号坝段混凝土在短历时暴雨袭击下的温度变化,分析了336.5 m高程裂缝产生的主要原因,并且讨论了其在有无保温养护条件下混凝土的温度变化和温度应力情况。计算结果表明,短历时暴雨引起的气温骤降和混凝土表面放热系数增大,是该表面裂缝产生的主要原因;做好表面保温养护工作可有效防止混凝土开裂,对后期大坝安全运行具有重要意义。     

老混凝土坝防渗加固施工中温度应力仿真分析

运用大型通用有限元分析软件ANSYS对某老混凝土重力坝防渗加固形成防渗心墙施工中的温度场及温度应力进行全过程的仿真分析.计算中考虑了水温、气温、坝体材料分区、坝体切槽、浇筑层尺寸以及混凝土发热率等因素的影响.得出了施工过程中温度场及温度应力的变化规律,新浇混凝土对坝体整体湿度场影响较小,但浇筑坝内的温度和应力都有一定变化,新老混凝土接触处应力发生较大变化,开挖、浇筑施工中温度作用不显著改变坝体整体应力状态,但温度荷载却为产生坝体应力的主要因素.     

混凝土拱坝运行期裂缝与永久保温

混凝土坝施工期裂缝问题目前已基本解决,但施工期未出现裂缝的拱坝,竣工后仍可能出现裂缝,这是目前尚未解决的问题。对运行期出现裂缝的原因进行分析,提出了运行期拱坝实际温度应力的计算方法。计算结果表明,非线性温差及寒潮是引起拱坝运行期裂缝的主要原因。表面永久保温是防止运行期出现裂缝的有效方法。     

水闸温度应力

用三维有限元对水闸温度应力进行了系统的分析,包括施工期水化热引起的应力,气温年变化引起的应力及寒潮引起的应力,这3种温度应力单独作用都不会引起混凝土裂缝,但组合应力可能引起裂缝.文中进一步研究了防止裂缝的技术措施,计算结果表明,采取笔者建议的施工期表面加温方法,就可使裂缝几率显著减小.     

左右岸日照差异对高拱坝下游坝面温度应力的影响

参照二滩拱坝运行期的坝体温度原型观测资料,拟合了我国某在建高拱坝在考虑下游坝面左右岸日照差异时的坝面温度分布,分析了此情况下坝体的应力状态,与规范温度荷载作用下坝体的应力状态比较分析表明,考虑了下游坝面左右岸日照差异后,在温度较低一侧坝面所产生的温度应力明显大于按照规范温度计算得到的应力,这说明规范温度荷载有可能低估了下游坝面温度较低一侧的温度应力,在高拱坝设计中需要关注。     

坝后压力管道结构中钢筋的温度应力研究

在压力管道混凝土中，由温度引起的应力很大，仅温度应力就可能引起管道混凝土开裂．因此温度应力是一项很重要的荷载，但在压力管道设计中如何考虑温度应力是摆在设计人员面前的一道难题．针对这一问题，考虑混凝土施工期和运行期，用编制的混凝土结构温度应力有限元法程序计算了下游坝面压力管道混凝土开裂和不开裂两种情况下的温度徐文应力，清楚地揭示了管道混凝土开裂和不开裂时钢筋中的应力变化情况，为工程设计提供了科学的依据．另外还计算和比较了考虑和不考虑钢村和钢筋在计算管道混凝土温度应力时的差异．     

三峡永久船闸第三闸首接触问题仿真计算

 为了研究锚杆在不同自由长度下，支持体结构的温度应力、接触缝面的张开度以及锚杆应力，通过三维有限元法模拟施工过程温度徐变应力的仿真计算，及对砼结构与岩体之间交界面接触问题的非线性分析，解决了锚杆自由长度的合适取值问题。     

拱坝的温度荷载与温度应力

介绍了计算拱坝温度荷载的规范公式说明拱坝控制应力可能发生的部位及荷载组合，对规范公式和经验公式的计算结果进行比较后，建议采用规范公式计算拱坝的温度荷载。     

水库冰表层形变的现场观测与分析

冰层应变是决定静冰压力的主导因素。以红旗泡水库冰为例,开展不同方向上冰表形变的原位观测,改进现有冰温度应力计算模型来预测表层应力和评价边界约束、冰裂缝、风等环境因素对冰应力的影响。分析发现:冰层在边界约束下仍随冰温改变而伸长或收缩,日收缩量与膨胀量不等导致冰面产生残余形变,且呈各向异性;冰表层实际应变应由温度应变与环境调整应变组成,且第一主应变方向受寒潮和强风共同作用会发生偏转;冰应力模型表明环境调整应变可释放少量温度应力,但在冰温快速升高时,环境调整应变致使主应力明显高于温度应力。因此,静冰力计算模型不考虑因边界位移、冰层裂缝发展等引起的冰层形变(即环境调整应变)会产生较大误差。     

碾压混凝土坝高温季节连续施工的温控防裂研究

碾压混凝土坝(RCCD)以温控措施相对简单和快速连续施工为其显著特点,但大量的工程实践表明,RCCD上时有温度裂缝出现,成为制约RCCD进一步发展的瓶颈问题之一.作者对某碾压混凝土坝在高温季节连续施工做了仿真计算,结果表明,若采用自然浇筑温度,在坝内埋设冷却水管,早期坝面进行保温的温控措施,能够将温度应力控制在允许应力范围内.表明这种温控措施具有一定的工程应用前景.     

中国水科院水工结构研究成果丰硕国际领先

中国水科院在水工结构研究方面,成果丰硕,国际领先。首创了混凝土坝温度应力完整的理论体系和合理的温度控制措施,解决了大坝裂缝这个世界性难题;开创了拱坝优化数字模型、求解方法和计算软件,可节省坝体混凝土10%~30%,已应用于一百多座拱坝,节省投资二十余亿元;首创了混凝土坝仿真分析方法与软件,完全按照混凝土坝实际施工的气候条件、施工进度和随着不同高程的各层混凝土的不同龄期而变化的力学热学特性,计算结果与实测资料吻合一致,使大坝应力分析水平大幅度提高;首创了混凝土坝数值监控方法,把仪器观测与有限元计算方法结合起来,可求出从开工到运行各个时间大坝真实的应力场和安全系数,建立了大坝安全监控新的可靠平台;发展了混凝土徐变理论,提出了两个定理,可判断徐变对坝体应力和变形的影响,提出了混凝土徐变应力分析的隐式解法,提高了计算精度和效率,当时在全球率先编制了5个水工结构有限元计算程序,提供给全国有关单位,使我国水工结构计算进入"有限元时代",计算水平实现飞跃。