坝体保温层的等效模拟及保温效果分析

针对目前保温层设计施工中工程经验占主导而数值仿真研究相对较少的情况,基于大型商业有限元分析软件ABAQUS,对某工程保温层进行有限元分析计算。采用参数等效算法,在同一模型上计算不同厚度(1.5 cm,2.5 cm,5.0 cm)保温层防护下的坝体温度场及应力场。分析结果表明:①统计特征点在无保温层时的年内温差较大;铺设保温层后,年内温度变幅显著降低;保温效果随着保温层厚度的增大而逐渐增强;铺设5.0 cm厚的聚苯板保温层可将统计特征点的年内最大温差由15.47℃减小为6.30℃。②在无保温层保护的情况下,下游坝面出现大面积的拉应力区,最大拉应力值超出混凝土的抗拉强度;增加保温层后,坝体下游面应力状况得到明显改善,拉应力区减小且拉应力值随保温层厚度的增加而逐渐减小;铺设5.0 cm厚的聚苯板保温层可将拉应力值由未加保温层时的2.73MPa减小为1.46MPa。     

叶巴滩堆石混凝土二道坝温度应力仿真分析及温控措施研究

对位于高海拔地区的叶巴滩堆石混凝土二道坝工程开展全坝段温度应力仿真分析,重点研究大坝横缝分缝措施和混凝土表面保温措施对坝体温度应力的影响。结果表明：结构分缝措施可以降低坝体内部拉应力,设置1条横缝即可有效控制坝体内部高拉应力区范围,并使应力极值降低约0.8 MPa;混凝土表面保温措施可在秋冬季节显著降低大坝表层混凝土温降幅度,减小表层温度应力水平,使应力极值降低约0.6 MPa;叶巴滩二道坝设置1条横缝并采取表面保温可满足施工期温控要求。     

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。     

严寒地区某碾压混凝土重力坝温度应力仿真分析

根据工程浇筑计划及温控措施,以东北地区某碾压混凝土重力坝挡水坝段为研究对象,基于温度场和应力场三维有限元分析,对大坝整个混凝土施工期及运行期进行仿真计算。分析得出基础约束区和中部的坝体温度应力基本在混凝土允许拉应力以内,坝顶处温度应力偏高,超出允许拉应力控制标准;建议施工过程中做好越冬面的保温措施,坝顶应力偏高区域采用钢纤维混凝土,增加材料抗拉、抗冻等性能,以防止坝体出现裂缝。研究结果可为类似严寒地区碾压混凝土重力坝设计和施工提供参考借鉴。     

气温骤降时早龄期混凝土表面保温措施研究

针对溪洛渡坝区可能出现的气温骤降模式,运用正交设计试验理论,以坝体混凝土不同部位保温材料为影响因素,抗裂安全系数为指标,进行有限元数值试验,提出了推荐的保温方案。坝体表层混凝土温度及应力分布、典型点应力历程、表层混凝土的成熟度等的分析结果表明:推荐的保温措施能明显减小表层混凝土温度梯度及拉应力;保温引起的蓄热温升能增加表层混凝土的成熟度,增强其早期抗裂能力。由此说明,推荐的保温方案是合理的。     

寒潮条件下碾压混凝土拱坝温度应力仿真研究

温度裂缝会影响混凝土坝的安全运行,而施工期遭遇寒潮是引起坝体表面裂缝的主要原因之一。为了研究寒潮对碾压混凝土拱坝温度和应力的影响以及坝体表面保温措施的保温效果,采用有限元法对有、无寒潮以及采取表面保温措施3种工况进行了仿真计算研究。结果表明:寒潮发生时,坝体内外最大温差为36.3℃,最大温度应力为2.14 MPa;采取表面保温措施后,最大温差降到25.8℃,最大温度应力减小到1.12 MPa。在坝体内部,温度和应力变幅均不大。寒潮影响的深度仅为0.8 m。可见,寒潮在坝体表层混凝土引起了较大的温降和温度应力,采取表面保温措施可以显著减小寒潮对坝体的影响。     

大坝加厚温度场和温度应力仿真分析

为了探明新加厚坝体堆石混凝土出现裂缝的原因,研究进一步采取的综合温控防裂措施的有效性和合理性,在考虑混凝土热力学参数随混凝土龄期的变化及坝体分层浇筑过程和外界气温对其温度应力影响的基础上,对某加厚拱坝施工期和运行期的温度场、温度应力场进行了三维有限元仿真计算,得出了加厚坝体堆石混凝土温度场、温度应力分布及其随时间变化的规律。经分析,新加厚坝体混凝土需要增设横缝来降低较大的拱向拉应力,在冬季要对越冬层面和暴露在空气中的混凝土表面采取保温措施来降低上下层温差和内外温差,同时应采取有效措施避免新老坝体混凝土接触面大面积脱开。     

龙华口碾压混凝土重力坝表面永久保温对施工期温度应力的影响

龙华口碾压混凝土重力坝位于寒冷地区,冬季坝体内外温差大,易产生较大的拉应力而导致表面开裂.现结合大坝工程实际施工条件及进度安排,通过三维有限元仿真分析,主要研究了浇筑进度和表面永久保温措施对施工期大坝混凝土温度应力的影响.仿真分析结果表明,施工进度安排对大坝温度应力有较大影响,采取大坝表面永久保温措施可显著减少坝体内外温差,有效控制大坝温度应力,为施工期温控设计提供了参考依据.     

基于保温措施的严寒地区拱坝体形优化设计

传统的拱坝体形设计是不考虑保温的。在严寒地区建造拱坝,由于其温度荷载非常大,单纯用加大坝体厚度的方法来减小温度荷载引起的应力,既不合理也不经济,因此,拱坝体形设计时,应考虑保温层的作用。山口电站地处严寒、干旱地区,挡水建筑物为常态混凝土双曲拱坝,最大坝高94.0m,设计阶段对拱坝体形进行了单心圆双曲拱、椭圆曲线双曲拱、抛物线曲线双曲拱的体形优化与应力分析。针对推荐的抛物线双曲拱坝又进行了基于保温情况下的体形优化,研究成果可供类似工程参考。     

严寒干旱地区RCC重力坝的保温防裂措施

针对某严寒干旱地区RCC重力坝所在地"冷、热、风、干"的气候特点,分析了温度裂缝产生的原因,并主要从加强混凝土的表面保温着手,结合工程实际,利用有限元法进行坝体表面温度和温度应力的仿真分析。研究表明:表面保温是防止混凝土产生裂缝的有效措施之一;根据现场施工条件,采取对已浇筑的坝体表面粘贴5 cm厚XPS板并回填土进行保温的综合表面保温措施。     

基于有限元法的西南某碾压混凝土拱坝裂缝成因研究

采用三维有限元法,仿真模拟西南地区某碾压混凝土拱坝的裂缝成因。依据该拱坝施工过程和基本温控措施,充分考虑混凝土材料热力学性质随时间变化等因素的影响,拟定混凝土在碾压过程中的各种影响工况,如有无诱导缝、诱导缝等效强度大小为80%或60%、坝体表面保温的敏感性影响等,结合监测仪器的大量实测温度数据,经研究分析,施工现场复杂条件下的多方面因素综合作用,引起局部混凝土所受拉应力超过其极限抗拉强度,从而导致坝体裂缝的产生和发展,研究成果可为其他类似工程提供参考。     

箱形渡槽越冬期间表面保温能力计算

对于寒冷地区的混凝土结构,常采用表面保温措施来防止裂缝的产生.根据朱伯芳院士提出的计算公式进行理论分析,以引洮工程柳林沟渡槽为例,分别计算不保温、采用3和5 cm厚的聚氨酯保温板3种情况下的温度变化和温度应力,并分析不同厚度保温层的保温效果.计算结果表明:箱形渡槽在越冬期间降温快,会产生可观的温度应力,需要选用合适厚度的保温材料来减小槽身表面和棱角处的温度变化和温度应力,避免槽身产生裂缝,从而影响槽身结构的整体性和稳定性.     

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。     

托海水电站大坝坝面保温措施及效果

托海拱坝地处西北严寒、干旱地区,气候条件非常恶劣。为防止温度应力引起坝体裂缝,在施工期混凝土表面全部采取保温措施;运行期坝体下游面采取保温措施,获得了良好的效果。     

不同温降下渡槽温度应力模拟及保温层厚度设计

以大型输水工程U型渡槽为例,利用有限元软件计算分析了渡槽在不同降温幅度下的温度应力。为考察玻化微珠保温层的保温性能,模拟计算了不同保温层厚度下三维渡槽的瞬态温度应力。根据数值模拟结果,对比分析了有无保温措施渡槽外表面温度主应力。分析结果表明:当降温幅度大于10℃时将在渡槽外表面产生不可忽略的温度拉应力。根据计算结果,综合考虑保温效果与经济性,实际工程中玻化微珠保温涂层的涂覆厚度以0.5~1 cm为宜,该厚度的保温层能有效控制渡槽混凝土外表面温度裂缝。     

闸墩内部水管冷却和表面保温措施的抗裂作用研究

本文针对闸墩施工期混凝土易开裂的问题，分析了闸墩在施工期混凝土的开裂原因，说明了采取闸墩内部水管冷却和表面保温两种不同温控措施的防裂机理与效果。指出单纯表面保温措施能虽够减小闸墩早期内外温差和表面拉应力，却使得混凝土的温升和温降幅度加大，闸墩冷缩期内部拉应力显著增加。于是提出内部水管冷却和适度表面保温相结合的闸墩温控防裂新思路，并已在姜唐湖泵送混凝土退水闸工程中得到应用，严寒季节施工的所有16孔闸室泵送混凝土都没有开裂，收到了较好的防裂效果。     

严寒地区某拱坝荷载敏感性分析

拱坝作为空间壳体结构,力学机理复杂,加上严寒地区气温低、温差大、供水为主的水利枢纽水位变幅大的特点,有必要详细研究严寒地区高拱坝的应力状态。梳理了拱坝应力的关键影响因素,对拱坝不同类型荷载进行应力敏感性分析,得到了以下主要结论:严寒地区温度荷载对拱坝拉应力极值贡献很大;低水位工况下坝体上游面暴露面积大,增大了温降情况对坝体温度应力的影响,从而增加了坝体开裂的危险。     

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。     

严寒地区大坝越冬保温远程光纤监测方法研究

严寒地区修建大坝常采用冬季停工保温措施,保温效果事关大坝质量安全。为了监测严寒地区碾压混凝土大坝越冬保温效果,利用分布式光纤测温技术,对丰满大坝保温材料内混凝土表面及内部进行远程在线监测,监测结果与仿真分析结果进行对比。光纤测温测点多、密度大、频率高,全面捕捉到了最不利气温下最不利位置的混凝土表面温度,监测持续时间约5个月,根据混凝土内部埋设的光纤测温数据,计算了混凝土在严寒气温下的内外温差。结果表明:丰满大坝混凝土越冬的保温措施设计合理、施工及时,有效地防止了混凝土的表面开裂;分布式光纤即使在室外气温为-25～-30℃的情况下,也能正常测温。     

日温差对碾压混凝土大坝表面温度应力影响分析

碾压混凝土结构在施工期受温度应力的影响容易产生裂缝,大多情况下对混凝土大坝施工期的温控分析选取月气温变化,而本文对于引汉济渭三河口碾压混凝土薄拱坝选取日温差进行研究更趋合理,能为该地区同类坝型的设计和施工提供一定参考作用。依据秦岭南北分界区域特殊气候特征,建立三维有限元模型,分别取日温差为10℃、15℃、20℃进行计算坝体混凝土计算不同龄期、不同保护标准的温度应力,结果显示：在碾压混凝土施工期当地气候的温差降幅比较大的情况下,坝体混凝土龄期较长则自身混凝土产生的应力也会相应增大,同时在坝体表面或外漏面产生较大拉应力,在日温差降幅15℃和20℃时达到7 d龄期的混凝土大坝表层产生的温度应力分别为0.533 MPa和0.71 MPa,超过混凝土的允许拉应力,采取等效放热系数为7 kJ/(m²·h·℃)、5 kJ/(m²·h·℃)聚苯乙烯材料保护后坝体表面温度应力大幅减小,等效放热系数越小相应的温度应力降幅越大。