高寒地區(qū)碾壓混凝土壩溫度和應(yīng)力有限元分析.pdf

1、碾壓混凝土壩是近30年來研究使用的新材料水工建筑物。到目前為止，已建和在建的碾壓混凝土壩中有約60％分布在中國、日本、美國和西班牙，同時(shí)這4個(gè)國家的碾壓混凝土筑壩技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平。隨著技術(shù)的發(fā)展，碾壓混凝土壩向著高寒、強(qiáng)震、高山等惡劣氣候和地形方向發(fā)展。
　　新疆北疆山區(qū)處于高寒地區(qū)，極端最低氣溫在零下40℃以下，極端最高氣溫接近零上40℃，氣溫變幅大，這種氣候特點(diǎn)對碾壓混凝土壩的施工過程影響顯著。碾壓混凝土壩在本年10月底

2、就停止施工直至第2年4月才能施工，夏季日照時(shí)間長，高溫和干燥的氣候?qū)炷恋氖┕ひ伯a(chǎn)生了一定的影響。這種特殊氣候使碾壓混凝土壩體具有相對獨(dú)特的溫度場和溫度應(yīng)力時(shí)空分布規(guī)律。為了進(jìn)一步研究施工過程的溫度控制，本文采用三維有限元法對壩體施工期和運(yùn)行期的部分溫度場和溫度應(yīng)力進(jìn)行了全過程仿真計(jì)算。
　　本文結(jié)合有限單元法對穩(wěn)定溫度場、非穩(wěn)定溫度場和溫度應(yīng)力場的的計(jì)算公式進(jìn)行了總結(jié)，對壩體的穩(wěn)定溫度場、非穩(wěn)定溫度場和溫度應(yīng)力場在ANSYS軟

3、件的算法進(jìn)行了學(xué)習(xí)和研究。在模擬碾壓混凝土壩施工過程的溫度場和溫度應(yīng)力時(shí)，考慮了分層澆筑的特點(diǎn)，并考慮了澆筑間歇時(shí)間、混凝土的絕熱溫升與彈性模量的變化、外界環(huán)境溫度的變化。結(jié)合算例對該方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證并結(jié)合山口水電站實(shí)際工程條件，對其進(jìn)行了溫度和應(yīng)力的全過程仿真分析。
　　從溫度場計(jì)算結(jié)果可以看出，碾壓混凝土壩內(nèi)部特征點(diǎn)，在施工期首先溫度上升，達(dá)到第一個(gè)峰值后開始下降，再次上升到最高溫度后緩慢下降，在運(yùn)行期呈現(xiàn)不明顯的周期變

4、化。出現(xiàn)兩個(gè)溫升曲線和一個(gè)明顯的溫降曲線。表面碾壓混凝土澆筑初期，生熱率較高，溫度迅速升高，但受外界氣溫變化明顯，施工期溫度變化急劇，運(yùn)行期呈現(xiàn)明顯的周期變化。
　　從應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果可以看出，碾壓混凝土壩在施工期，在新舊混凝土的澆筑面上，特別是在越冬面，出現(xiàn)較明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，在接觸面上的鉛直應(yīng)力較大，容易引起水平施工縫開裂，冬季表面主要為拉應(yīng)力，內(nèi)部主要為壓應(yīng)力，夏季表面主要為壓應(yīng)力，內(nèi)部主要為拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力較大，超出了規(guī)