碾压混凝土拱坝温度场和应力场仿真计算研究

采用三维有限元法模拟某碾压混凝土拱坝的施工过程,进行了温控仿真计算,分析了该工程温度场和应力场的分布规律,提出了温控推荐方案。结果表明:采取初期、中期和后期冷却措施后,大坝的最高温度满足碾压混凝土坝设计规范要求,同时也满足封拱灌浆要求,最大温度应力小于混凝土的允许拉应力。     

溪洛渡拱坝温控数据库的功能

溪洛渡拱坝温控数据库融合了各浇筑块的几何信息、施工信息、温控参数和温度应力仿真信息,能模拟大坝三维形象;查询大坝各浇筑块信息;预测大坝混凝土浇筑状态;高亮色显示浇筑块各种属性(设计浇筑温度、设计实时水管冷却区域、材料分区、设计容许最高温度、设计容许温差、设计封拱温度等);演示温度及应力仿真成果,并自动搜索施工期及运行期坝体的高温区和高应力区,绘制出温控措施建议分布图。本文对此数据库进行了介绍。     

确定混凝土坝浇筑温度的三维仿真数值方法

采用全过程仿真粘弹性空间有限单元法，首先对混凝土坝温控因素进行敏感分析，得出温控因素变化对强约束区浇筑块中心最大拉应力的影响，在敏感分析的基础上，以混凝土许可拉应力作为约束条件，采用回归分析和拉格郎日插值方法，以温控因素多维空间建立浇筑温度优化方程，利用优化方程可计算大坝任意具体施工条件下的浇筑温度。     

严寒地区某碾压混凝土坝稳定温度场仿真计算

某碾压混凝土坝地处北方寒冷地区,冬季温度低,夏季温度高,气温年内变幅大,日气温变幅大,寒潮频繁且降温大,对大坝的温控防裂极为不利。为了研究混凝土坝温度应力的分布规律,进而提出满足温控防裂的温控标准和相应的防裂措施,选择主河床最高典型挡水坝段、典型溢流坝段、典型发电引水坝段以及典型底孔坝段混凝土作为重点研究对象,根据热传导理论和有限元方法,采用水温统计的成果进行温度场仿真计算,结果表明大坝的稳定温度为7~9℃。     

碾压混凝土重力坝有保温层的温控计算

为降低温度荷载对大坝施工质量的影响,选取碾压混凝土重力坝引水坝段作为典型坝段,采用三维有限元软件仿真模拟大坝的施工过程,重点分析了施工期采取控制浇筑温度、在上、下游坝面和长间歇仓面布置聚苯乙烯泡沫塑料保温层等温控措施对坝体温度场及应力场的影响。结果表明:采用这些温控措施能够降低垫层处新、老混凝土的温差及冬季坝体的内外温差,减小坝体的主拉应力。     

九井岗水电站混凝土双曲拱坝温控仿真计算

九井岗水电站混凝土双曲拱坝温度应力采用三维有限元法进行温控防裂仿真计算,开展深入的温度控制研究分析,为施工过程中采取一定的温控措施控制混凝土的温度应力提供依据。2011年11月通过蓄水验收。运行的两年多时间内,大坝监测显示,温度场和应力场数据满足设计要求,坝体未出现温度裂缝,大坝运行正常。     

某水电站溢流坝段温控计算研究

采用碾压混凝土坝温度场和温度应力仿真计算程序RCTS,针对某碾压混凝土重力坝的结构设计和布置特点,数值仿真模拟大坝混凝土具体的施工分层浇筑过程、立模拆模过程、养护过程、环境气候变化、人工降温和保温措施、施工期度汛过程、水库蓄水过程以及混凝土材料热学和力学性质随时间变化等因素。计算分析了溢流坝的不同施工方案、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,为碾压混凝土重力坝的结构设计和施工方案选择提供参考依据。     

大体积混凝土结构表面保温措施工程实例分析

为了避免某水电站坝体在施工和蓄水运行过程中因温度应力超过混凝土抗拉强度而产生裂缝,结合该大坝的实际工程情况,将大型商业有限元软件ANSYS与三维有限元温控主体程序RCTS相结合,对该水电站坝体在坝轴线方向横缝之间的整个坝段施工期和运行期的温度场、温度应力进行了仿真计算。计算结果表明：坝体基础常态混凝土垫层部位在外温变化及基岩约束双重作用下,出现了较大的拉应力。混凝土表面铺设保温板后,减小了外界温度对混凝土的影响,垫层部位的最大应力有所降低。可见,混凝土表面铺设保温板是降低温度应力的有效措施。     

新疆冲乎尔碾压混凝土重力坝底孔温控仿真分析

地处高寒地区的冲乎尔碾压混凝土重力坝运行后多个部位出现渗水,坝体存在多处裂缝。本文以底孔坝段为例进行温控仿真分析,模拟碾压混凝土坝施工过程、混凝土分区、外界气温和温控措施等,得出大坝温度和应力的变化过程及规律。计算结果表明底孔坝段存在多处温度应力超标现象。     

碾压混凝土坝高温期连续施工采用冷却水管进行温控的研究

针对碾压混凝土坝(RCCD)高温期难以连续施工的问题，笔者提出在大坝的高温期连续施工区局部采用冷却水管，并对冷却水管三维导热降温的作用提出一种有限单元法计算技术。由于水管中的冷却水是流动的，需通过迭代求解才能得到问题的收敛解。通过对某一大坝混凝土施工全过程的动态仿真计算，分析了冷却水管温控措施对RCCD高温期连续施工时温度场的控制性影响作用。结果表明，本文的方法具有一定的工程应用前景；在局部区铺设冷却水管可改善和控制RCCD内部的温度分布，是一种有效的温控手段，尤其对大坝的削峰降温敏感有效，可作为确保RCCD高温期也能连续施工的一种值得推广的温控措施。     

高RCC拱坝施工期温控决策支持平台研究

混凝土高坝开裂是普遍存在的现象,国内外许多混凝土坝都因施工裂缝而被迫停工处理。混凝土高坝的浇筑施工过程受到自然环境、结构形式、温控、资源等多种因素的影响,如何综合考虑这些影响因素制定切实可行的大坝浇筑施工计划,并在施工过程中加强对混凝土温度和应力的实时监控和科学管理十分必要。混凝土高坝施工过程决策支持系统的研究开发,能够为水电大坝的建设和安全提供先进的管理路径,具有巨大的潜在效益。以立洲水电站工程为依托,研发了高RCC拱坝施工期温控决策支持平台,实现了碾压参数、温控信息、监测数据和仿真成果等数据信息的高效管理,大坝温控防裂效果和趋势的实时监控和预测预警,以及专家远程会商决策支持,对促进高RCC拱坝施工温控决策支持科学化水平和确保施工质量具有重要意义。     

某重力坝温控仿真计算及上游面裂缝成因分析

某重力坝在设计施工中，采取了一系列严格的温控措施，但在施工中，上游面仍先后发现了各种类型的许多裂缝，其原因令人费解．作者收集了该坝的环境、施工、温控措施、材料等方面的详细信息，模拟该坝某坝段上游坝块的施工过程，对该坝块进行了细致的三维仿真计算，计算结果与该坝的裂缝分布吻合较好，因此，可以较好地解释该坝的裂缝原因．计算结果表明，虽然该坝的设计施工单位对温度控制相当重视，坝体分缝、施工进度、浇筑温度、水管冷却等措施基本得当，但由于对表面保温重视不够，措施不力，导致在昼夜温差、寒潮与气温年变化的综合影响下，在上游面出现大量水平与铅直裂缝．     

石漫滩碾压混凝土重力坝温度效应分析

温度是混凝土坝的主要荷载之一,不利的温度荷载导致坝体产生裂缝,特别在运行期,不利水压荷载与温度荷载的组合使得裂缝进一步扩展,严重危害大坝安全运行。石漫滩碾压混凝土重力坝裂缝严重,尤其是部分坝段存在有规律的横向裂缝。现采用大型通用有限元软件ANSYS,依据石漫滩水库的水温和气温等监测资料,分析了大坝运行期的温度场和温度应力场,从温度效应角度揭示了该坝横向裂缝产生和发展的主要原因及其危害,为大坝加固处理提供技术支撑。     

堆石混凝土拱坝温度应力仿真及温控措施研究

为了研究堆石混凝土拱坝在有无温控措施条件下施工期和运行期温度应力分布的变化规律,围绕国内某一即将开工建设的堆石混凝土拱坝工程,设计了3种不同温控措施条件的工况,运用大型有限元分析软件SAPTIS,对堆石混凝土拱坝在不同工况下施工期和运行期的应力场和温度场进行了仿真分析,结果显示:在无温控措施条件下,坝体内部最大横河向拉应力达到2. 0MPa,存在开裂风险;在简易温控措施条件下,坝体内部最高温度为37℃,最大横河向拉应力为1. 45 MPa,满足温控防裂要求。由此可见,在堆石混凝土拱坝施工过程中,采用简单的温控措施即可满足温控防裂要求。     

混凝土坝的数字监控

文中提出一个新的理念:混凝土坝的数字监控.目前大坝监控依靠仪器,仪器观测资料对于监控大坝工作状态是重要的,但它们不能给出大坝的应力场和安全系数,因此,笔者建议在仪器监控之外,增加数字监控,利用全坝全过程仿真分析,在施工期即可给出当时温度场和应力场,并可预报运行期的温度场、应力场及安全系数,如发现问题可及时采取对策;在运行期可以充分反映施工中各项因素的影响,对大坝作出比较符合实际的安全评估.通过反分析,仪器观测资料在数字监控中也得到利用.在数字监控的基础上,适当扩充,可以建立数字大坝,有利于大坝的管理.在目前条件下,利用一台微机每周上机一次,即可完成全部计算,运用方便,所费不多,收效显著.     

建设高质量永不裂缝拱坝的可行性及实现策略

拱坝的真实应力状态是很复杂的，与设计计算的应力状态有相当的差别，差别太大就可能引起大坝事故甚至破坏，引起差别的原因包括：施工过程、施工期温度应力、运行期温度应力、库区水压力、渗透水、坝体接缝、地质构造、地基变形及材料预期力学热学特性与实际值的差别等。在做好地质勘探工作的前提下，通过全坝全过程仿真分析及基于有限元强度递减法的安全评估，可以充分揭露各种因素对拱坝应力、稳定及安全度的影响，避免重大事故的发生。在做好基础温差等常规温度控制的基础上，再对上下游坝面进行永久保温，有可能使拱坝永远不裂，从而提高坝的安全度和耐久性，延长坝的寿命，使拱坝建设达到新的更高的水平。     

三峡左导墙坝段温控问题的仿真计算研究

通过对三峡左导墙坝段整个坝体结构及基础从施工期到运行期直至坝体达到稳定温度的全过程进行仿真数值模拟 ,研究了该坝段温度场及温度应力的分布状况及其历时变化规律。在此基础上 ,对左导墙坝段温控问题进行了评价 ,并就存在的问题提出了相应的温控措施     

模拟碾压混凝土坝成层浇筑过程温度场的解析解

本文提出了模拟碾压混凝土坝成层浇筑过程一维温度场的解析解。该解答能够精确地考虑气温日变化、混凝土水化热和浇筑温度对混凝土最高温度的影响。从而为最大温差的确定和温控方案的选择提供可靠的依据。应用本文提出的计算方案，对龙滩碾压混凝土坝进行了仿真计算，得到相应的温度变化过程和最高温度场。计算结果表明，施工期环境温度对碾压混凝土坝最高温升有显著影响，估计厚层浇筑混凝土最高温度的方法一般不适用于薄层连续浇筑碾压混凝土最高温度的计算。     

三峡左导墙坝段温控问题的仿真计算研究

通过对三峡左导墙坝段整个坝体结构及基础从施工期到运行期直至坝体达到稳定温度的全过程进行仿真数值模拟,研究了该坝段温度场及温度应力的分布状况及其历时变化规律。在此基础上,对左导墙坝段温控问题进行了评价,并就存在的问题提出了相应的温控措施。     

某碾压混凝土重力坝施工温控措施研究

在碾压混凝土坝施工和运行期间防止裂缝的产生是需要考虑和控制的重要问题,对具体温控措施进行研究可为以后提供重要的技术指导。以某碾压混凝土重力坝工程为例,利用大型有限元软件ANSYS进行建模,采用三维有限元浮动网格法模拟碾压混凝土坝的施工过程,根据工程施工进度和碾压混凝土的热力学参数,针对浇筑温度、通水冷却措施,初拟了3个温控方案,对各个方案的温度场和应力场进行计算分析。结果表明:高温季节进行混凝土浇筑对坝体温度和应力影响较大,极容易造成裂缝;通过控制浇筑温度和通水冷却措施,坝体最高温度得到了有效的降低,最大应力基本满足碾压混凝土坝容许应力要求。此研究成果可为类似工程的温控设计提供参考。