混凝土坝水管冷却中水温的计算、调控与反馈分析

随着混凝土坝高度的增加,对水管冷却的要求也日趋严格和精细,已有的冷却水温计算方法已难以适应目前的要求.为此,提出了混凝土坝水管冷却中水温的理论解法、有限元解法及近似算法,给出了水温调控的原则和方法,指出了目前水管冷却中存在的问题及克服的方法.     

论混凝土坝的水管冷却

摘 要：水管冷却是混凝土坝重要温控方法。在水管冷却过程中，混凝土温度场和应力场十分复杂。本文首先系统地总结了混凝土坝水管冷却温度场与应力场分析方法，给出了几个新的计算方法，提出了最合适的方法，然后指出水管冷却是双刃剑，它既可有效控制混凝土温度，有利于防裂；如使用不当，又可引起严重裂缝。对几个重要影响因素进行了分析，提出了混凝土坝施工中正确使用水管冷却的几个原则，以趋利避害，达到有效控制温度防止裂缝的目的。     

论混凝土坝的水管冷却

水管冷却是混凝土坝重要的温控方法。在水管冷却过程中,混凝土温度场和应力场十分复杂。本文首先系统地总结了现有混凝土坝水管冷却温度场与应力场的分析方法,给出了几个新的计算方法,并提出了其中最优的方法。然后指出,水管冷却是双刃剑,它既能有效控制混凝土温度,有利于防裂;但如使用不当,又可引起严重裂缝。对几个影响应力场的重要因素进行了分析,提出了混凝土坝施工中正确使用水管冷却的几个原则,以达到既有效控制温度又防止裂缝产生的目的。     

利用塑料水管易于加密以强化混凝土冷却

水管冷却是混凝土坝温度控制的重要措施,以前采用钢管,由于接头多,通常铺设在浇筑层面上,浇筑层中间很难铺设;塑料水管接头很少,管质柔软,在浇筑混凝土的过程中也能铺设,有利于改变水管间距.通过理论分析和实际计算表明,充分利用塑料水管易于加密的优点,可以大幅度地强化混凝土的冷却,降低混凝土温度应力,加快混凝土坝施工速度.计算结果说明,水管充分加密后,即使不预冷骨料,高温季节浇筑层厚3.0m的混凝土坝块也可防止裂缝.     

混凝土坝中后期通水快速调控研究

混凝土坝中后期通水冷却是一个复杂多因素问题,与通水水温、通水流量和通水时间等相关。基于中后期冷却期间浇筑仓温度动态预测模型,提出了一种中后期通水快速调控方法。先将无热源水管冷却计算式和浇筑仓实测温度相结合预测浇筑仓降温曲线,然后结合中后期冷却的降温速率和目标温度,采用优化算法获得混凝土浇筑仓优化通水方案。实例分析表明,基于无热源水管冷却计算式的浇筑仓温度动态预测模型计算工作量小,混凝土坝中后期通水快速调控方法是可行的,可为混凝土坝中后期通水调控提供及时参考。     

混凝土坝水管冷却仿真计算的复合算法

水管冷却是混凝土坝施工中的主要温度控制措施，在混凝土坝施工过程仿真计算中如何考虑水管冷却效应是一个重要而又困难的问题，直接用三维有限元法求解，计算量太大；用近似解法，在某些情况下，计算精度可能不够。笔者提出了一套复合算法，计算效率高，计算精度也较好。     

水管冷却计算的部分自适应精度法

提出了混凝土坝一期冷却水管模拟计算，并可大幅减少计算工作量的“部分自适应精度法”，利用这种算法，可实现水管冷却的精细模拟算法在大型工程中的应用，应用该法对龙滩碾压混凝土坝的水管冷却温度场进行了计算，结果令人满意。     

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.     

聚乙烯冷却水管的等效间距

水管冷却是混凝土坝温度控制的重要手段，过去采用钢管或铝管，近年国内外不少工程采用高强聚乙烯水管，已有取代金属水管的趋势，人们关心的一个问题是两种水管的冷却效果和经济比较。为此提出了聚乙烯水管等间距的计算方法，为两种水管冷却的效果和经济比较提供了依据。     

混凝土坝后期温度时空分布动态预测模型探讨

施工期混凝土坝的温度场是复杂的非稳定空间温度场,将混凝土坝中后期冷却期间浇筑仓单测点温度动态预测模型推广为混凝土坝后期水管冷却温度时空分布动态预测模型。结合西南某建设中的混凝土坝典型坝段分布式光纤测温数据,对混凝土坝后期水管冷却温度时空分布进行预测,结果表明,基于分布式光纤测温建立混凝土坝后期水管冷却温度时空分布动态预测模型是可行的,可以方便快捷地对未来7 d的温度时空分布状态和垂直向温度分布进行动态预测。     

混凝土坝水管冷却效果的有限元分析

在国内外混凝土坝施工中,广泛采用了水管冷却以控制坝体温度。但水管冷却与浇筑层面散热联合作用的计算问题目前尚未很好解决。本文用有限单元法对这个问题进行了计算,分析了一些主要因素对冷却效果的影响。根据计算结果还整理出一套实用计算图表供工程单位参考。     

黄河龙口水利枢纽大坝混凝土温控设计

通过对龙口大坝进行坝体稳定温度场、混凝土温度应力、坝体冷却水管等计算和分析,采取一些温控措施,如合理选择材料、严格控制混凝土浇筑温度、合理分层及控制间歇期、坝内埋设冷却水管、采取高温及低温天气特殊温控措施等对大坝混凝土温度进行控制。尤其是在坝内埋设冷却水管,通过二期冷却,在较短的时间内使坝体温度降至稳定温度,从而保证了坝体接缝灌浆的顺利进行,效果显著。     

周宁抽水蓄能碾压混凝土大坝施工期通水冷却方式研究

随着大坝施工技术的提高,碾压混凝土逐渐被广泛应用,优良的特性和便捷的施工方法得到工程建设者认可,其温控防裂也越来越被重视。针对这一问题,在常态混凝土坝的常用温控措施通水冷却技术基础上,运用三维有限单元法,研究周宁抽水蓄能碾压混凝土坝通水冷却方式,对不同水管布置形式、不同冷却水温、不同冷却时长和不同通水分期进行仿真计算,分析不同通水方式对大坝混凝土温度和应力的影响。结果表明,适当延长一期冷却、降低冷却水温、加密冷却水管、入冬前增加中期冷却,可以起到较好的温控防裂效果。该方法和结论对类似工程施工具有重要的参考意义。     

考虑外界温度影响的水管冷却等效热传导方程

水管冷却是大体积混凝土温度控制的重要措施，由 于水管附近温度梯度很大，直接用有限元法计算水管冷却效果，必须采用密集网格，有较大困难，目前广泛采用笔者在文献［3］中提出的等效热传导方程，该方程已考虑了混凝土的 初始温度和绝热温升，但没有考虑外界温度的影响，本文给出在水管冷却等效热传导方程中 考虑外界温度影响的计算方法，使等效热传导方程趋于完善。     

考虑表面散热对冷却效果影响的混凝土结构水管冷却等效分析

埋设冷却水管是大体积混凝土结构温度控制的一个有效手段，在大,南的发挥着重要的作用。由水管冷却效果分析计算非常复杂，比较精确的数值方法又不实用，因此在工程应用中，人们提出了一些简化的近似计算方法，在这些简化方法中都没有考虑混凝土表面散热对水管冷却效果的影响，因此计算精度受到了影响，考虑表面散热对水管冷却效果的影响，推导出了一套混凝土结构水管冷却效果的计算公式，此计算方法全面地考虑了混凝土初温、水泥水化热、混凝土表面散热与水管水管冷却效果的关系，因此计算结果比以往的简化方法更接近于实际情况，而且此计算方法简便，实用。     

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.     

碾压混凝土坝的温度控制

碾压混凝土坝坝体不分纵缝,不埋设冷却水管,一般是在自然气温下大仓面薄层铺筑,连续施工上升。本文针对这一特点,结合铜街子溢流坝及国内部分碾压混凝土坝工程的温度控制研究与观测成果,介绍碾压混凝土坝温度控制的特点、温度应力和温度徐变应力计算方法、碾压混凝土浇筑块施工期的一些规律性成果以及温度控制标准和防裂措施等。     

模拟水管冷却效应的直接算法

水管冷却作为混凝土温控的重要措施发挥了重要的作用，因而在混凝土大坝的温度场仿真计算中冷却水管温度效应的模拟问题受到工程技术人员的广泛关注。本文提出了模拟水管冷却效应时考虑混凝土与冷却水管之间相互作用的直接算法。该方法无需计算水管周边的温度梯度，只需建立混凝土内部温度和冷却水管温度之间的方程并联立求解即可。文中算例说明了该方法的正确性。     

混凝土坝后期水管冷却方式研究

近年在混凝土特高坝施工中,有些坝块经后期水管冷却之后在非基础约束区出现了贯穿性裂缝.通过大量分析计算之后得出结论,这种裂缝的出现与后期水管冷却方式有密切关系,然后提出避免出现这种严重裂缝的新的后期冷却方式:多次后期冷却和台阶形后期冷却,并对上述两种后期冷却方式的应力状态和优缺点进行了深入分析,给出了详细算例,说明其温度与应力变化规律.     

大体积混凝土与冷却水管间水管温差的确定

在混凝土坝的施工中，采用水管冷却是普遍的措施，但到目前为止，对混凝土与冷却水管间水管温差的控制却研究很少，笔者采用有限元法与断裂力学理论相结合，提出了一个可近似解决此问题的简便方法，结果表明，水管温差的限制与大坝采用混凝土的和部位有关，以往不计此两项因素，规定水管温差为２０￣２５℃是不合理的。在一期冷却期间若不间断通水，可不考虑水管温差的限制；若间断通水，则应考虑水管温差，一般可按相同部位允许水管