水管冷却在碾压混凝土大坝施工温度控制中应用

以贵州某水库碾压混凝土重力坝为例,阐述了碾压混凝土内部应力及材料热力学参数,从根本上说明根除内部温度应力不可能;分析了本项目水管冷却技术的重要参数设计,确定了冷却管间距1.5m×1.5m,单根长度200m,流量24m3/d,可为类似施工提供必要技术参考。     

混凝土坝后期水管冷却的规划

过去对后期水管冷却的安排比较简单,根据施工进度确定开始冷却日期及冷却水温,冷却到规定温度时停冷灌缝.现在看来后期冷却对坝体温度应力有重要影响,尽管温差相同,但不同的冷却安排产生的温度应力相差很大.本文首次系统地研究了冷却区高度、水管间距、冷却分期及水温控制对温度应力的影响,根据此研究结果,对后期冷却进行细致的分析和规划,在相同的温差和水管布置条件下,可显著减小温度应力、提高混凝土坝抗裂安全度.     

含冷却水管混凝土坝温度计埋设位置优选

在水工混凝土坝温控过程中, 以温度计实测温度表征混凝土浇筑仓的平均温度, 则可方便准确地监控混凝土浇筑仓的温度。结合1.0 m×1.0 m, 1.5 m×1.5 m, 1.0 m×1.5 m, 2.0 m×1.5 m四种典型水管间距的混凝土棱柱体模型, 首先采用水管冷却有限元法进行温度场仿真计算, 接着选取含冷却水管混凝土模型典型截面, 并通过引入四边形12节点等参单元来简化获取截面内任意点温度, 然后建立温度计位置优选模型, 最后采用优化算法求解获得最优的温度计几何位置。算例分析表明, 在混凝土浇筑仓内存在多个位置的温度历程与浇筑仓平均温度历程接近, 1.0 m×1.5 m截面的温度计位置分布近似为线性分布, 其他截面为抛物线分布。在这些位置处埋设温度计, 所测温度可较好地表征浇筑仓的平均温度, 供温度监控参考。     

小温差早冷却缓慢冷却是混凝土坝水管冷却的新方向

提出混凝土坝水管冷却的新方式:小温差、早冷却、缓慢冷却,与大温差、晚冷却、短促冷却的传统冷却方式相比,它可以把混凝土与水温之差从目前的20～25℃减少到4～6℃,从而可大幅度提高抗裂安全度.过去人们对水管冷却自生温度应力重视不够,笔者提出了计算方法,它能引起相当大的拉应力,采用小温差可以减小这种应力.目前往往限制后期冷却在龄期120 d后开始,采用小温差可取消这一限制,从而赢得了几个月时间.笔者提出的这种新冷却方式,在不影响施工进度的前提下,不但减小了自生应力,也减小了约束应力,是今后混凝土坝水管冷却的发展方向.文中还提出了一整套实用计算公式.     

石门坎水电站混凝土拱坝一期通水冷却浅析

石门坎水电站混凝土拱坝施工需跨两个夏季,横缝灌浆自然温度不能满足封拱时的温度要求,需采取通水冷却措施。采用三维有限元方法,对石门坎水电站混凝土一期通水冷却进行了多种工况的三维仿真计算分析,得到一期冷却规律:水管间距相同情况下,通水水温越低,削减水化热越多,降低混凝土最高温度效果越好;通水水温相同情况下,水管间距越小,削减水化热越多,降低混凝土最高温度效果越好。     

两种不同水管冷却热传导计算模型相关性探讨

对两种不同水管冷却热传导计算模型的相关性进行了探讨。通过对不同冷却时间以及不同绝热温升速率下两种不同水管冷却热传导计算模型计算的温度历程线进行对比分析,得到结论：①随着结点与水管距离的增加,水管冷却有限元法计算的结点温度与水管冷却等效热传导法计算的结点温度的关系为：先前者小于后者,然后前者大于后者,在距离水管为 0.6 m左右两者温度接近相等;②随着绝热温升放热速率减小,水管冷却等效热传导法和水管冷却有限元法计算的温度值趋于一致所需要的时间越长,但停止通水7d后,两种不同的冷却水管计算模型计算的温度值趋于接近。     

泵站施工期温控防裂敏感性分析研究

以化子闸泵站工程为例,考虑冷却水温度、通水流量、水管间距、混凝土浇筑温度、保温层厚度以及后浇带宽度等因素,利用三维有限元计算程序,对泵站施工期的混凝土温度与应力进行数值模拟。结果表明,改变水管间距对混凝土冷却效果的影响较为明显;设置后浇带对温度应力有较大的释放;水管通水水温、混凝土浇筑温度与产生的拉应力呈现线性增长。水管通水流量超过一定值时泵站冷却效果不佳。保温措施能有效避免低温季节浇筑早期产生的表面裂缝。同时,选取优化温控方案对化子闸泵站施工期温度、应力场进行了仿真分析。结果表明:温控措施优选合理,泵站内外温差、早期表面拉应力及后期内部拉应力均处于安全可靠范围,可为泵站工程安全运行提供参考依据。     

冷却水管上移对混凝土温度应力的影响

结合大体积混凝土的实际施工方式,对混凝土浇筑施工方式进行适当变更——将冷却水管的布置上移。对冷却水管安装高程的两种不同方式(上移和不上移)进行了混凝土温度应力的对比分析,同时研究了长间歇浇筑和遭遇寒潮袭击时上述两种工况下的温度应力变化情况,为实际施工提供计算依据。将冷却水管布置上移这种施工方式已在实际施工中运用。     

混凝土坝水管冷却自生温度徐变应力的数值分析

用三维有限元计算了混凝土坝水管冷却产生的自生温度徐变应力.计算模型分为3种:模型A为均质混凝土;模型B包含新老两种混凝土;模型C包含混凝土和岩石.计算结果表明,水管冷却时在孔口边缘产生相当大的拉应力,足以引起裂缝,改用小温差早冷却缓慢冷却方式后,拉应力即大幅度减小.     

通水冷却对隧洞衬砌温度应力的影响

以白鹤滩水电站泄洪洞为研究对象,运用三维有限单元法模拟龙落尾段衬砌混凝土的施工过程和通水冷却措施,通过比较衬砌底板代表点的最高温度、最大内表温差、最大拉应力以及最小抗裂安全系数,分析通水冷却各因素对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力的影响。结果表明:通水冷却能够有效降低衬砌混凝土最高温度、最大内表温差和最大拉应力,提高衬砌混凝土的抗裂安全性;冷却水温、通水时间、通水流量、水管间距等因素中,水管间距对衬砌混凝土温度和温度应力的影响最为显著。