萬(wàn)芳芳 溫睿 溫世和

摘 要：利用基于Fortran和Visual Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)的，采用三維有限元及網(wǎng)格浮動(dòng)法自開(kāi)發(fā)的程序，對(duì)某一碾壓混凝土壩進(jìn)行表面流水養(yǎng)護(hù)溫控措施的敏感性分析，設(shè)置了3個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比研究。其成果對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫控設(shè)計(jì)與裂縫控制具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝個(gè)；三維有限元法；表面流水養(yǎng)護(hù)

碾壓混凝土壩由于結(jié)構(gòu)尺寸大、施工速度快和層面間歇時(shí)間短，所以熱量不能及時(shí)散發(fā)而形成較大的溫差，從而引起混凝土體積的變化，由于混凝土各部位都受到不同程度地約束，當(dāng)溫度變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生了裂縫。而碾壓混凝土壩體中若出現(xiàn)大裂縫，即使修補(bǔ)也很難在恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性，因此應(yīng)盡可能的避免壩體中出現(xiàn)裂縫。目前我國(guó)常用的主要溫控防裂措施有以下幾個(gè)方面：①降低混凝土澆筑溫度②埋設(shè)冷卻水管③表面流水養(yǎng)護(hù)④采用斜層平攤法澆筑⑤表面保溫。

本文主要是利用基于Fortran和Visual Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)的，采用三維有限元及網(wǎng)格浮動(dòng)法自開(kāi)發(fā)的程序，對(duì)某一碾壓混凝土壩進(jìn)行常用溫控措施——表面流水養(yǎng)護(hù)進(jìn)行敏感性分析研究。

1工程實(shí)例

1.1計(jì)算模型

本次敏感性分析是以某工程的碾壓混凝土溢流壩段為原型，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化并取其中的一部分為模型進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算模型見(jiàn)圖1，坐標(biāo)原點(diǎn)在壩段左側(cè)壩踵處，壩軸線指向右岸為x軸正向，下游為y軸正向，鉛直向上為z軸正向。計(jì)算模型在壩基深度方向、上游方向和下游方向均取100m。

溫度場(chǎng)的計(jì)算中邊界條件的選取：地基底面、4個(gè)側(cè)面和壩段橫縫面都為絕熱邊界，壩體上、下游面水位以上為固-氣邊界，按第三類(lèi)邊界條件計(jì)算，水位以下固-水邊界，按第一類(lèi)邊界條件計(jì)算。應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算中邊界條件的選?。旱鼗酌姘垂潭ㄖё?jì)算，地基在上、下游面按y向簡(jiǎn)支計(jì)算，其余為自由邊界。

壩基面高程為73.0m，壩頂高程為131m，壩高58m，壩段長(zhǎng)度為19.0m，壩底寬度為82.5m。材料分區(qū)見(jiàn)圖2。

1.2 計(jì)算方案

本次敏感性分析是針對(duì)兩個(gè)升程之間間歇期的長(zhǎng)短對(duì)混凝土溫度的影響進(jìn)行分析。分析時(shí)，不考慮水庫(kù)蓄水，外界氣溫取年平均氣溫27.2℃，地溫按27℃考慮，，澆筑溫度為25℃，基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)和基礎(chǔ)弱約束區(qū)碾壓混凝土在間歇期內(nèi)進(jìn)行表面流水養(yǎng)護(hù)，表面流水養(yǎng)護(hù)水溫為庫(kù)表水溫，流水養(yǎng)護(hù)過(guò)程中混凝土表面放熱系數(shù)取2250 kJ/m2.h.℃。方案1，兩個(gè)升程之間混凝土間歇期為5天；方案2，兩個(gè)升程之間混凝土間歇期為7天；方案3，兩個(gè)升程之間混凝土間歇期為10天。具體計(jì)算方案見(jiàn)表1。

4.4.2 仿真計(jì)算成果分析

圖3 不同流水養(yǎng)護(hù)時(shí)間高程91.5m水平面中心點(diǎn)施工期溫度歷時(shí)曲線

圖4 不同流水養(yǎng)護(hù)時(shí)間高程92.4m水平面中心點(diǎn)施工期溫度歷時(shí)曲線

圖5 不同流水養(yǎng)護(hù)時(shí)間高程93m水平面中心點(diǎn)施工期溫度歷時(shí)曲線

仿真計(jì)算給出了不同流水養(yǎng)護(hù)時(shí)間高程91.5m、92.4m、93m、105m和114m水平面中間點(diǎn)施工期溫度歷時(shí)曲線，如圖3～圖7；給出了各方案在壩體不同區(qū)域的最高溫度值，見(jiàn)表2。

3 結(jié)論

由圖3～圖7和表2可看出：

（1）升程混凝土澆筑完成后，間歇期內(nèi)采用庫(kù)表水流水養(yǎng)護(hù)，升程表面點(diǎn)散熱很快，升程表面（93.0m高程、105.0m高程、114.0m高程）中心點(diǎn)溫度未出現(xiàn)大的溫升。升程內(nèi)各高程水平面中心點(diǎn)混凝土澆筑完后，溫度開(kāi)始上升，距升程表面愈遠(yuǎn)，溫升愈明顯。

（2）一升程內(nèi)，自上向下各高程點(diǎn)溫度受升程間歇期表面流水養(yǎng)護(hù)的影響越來(lái)越小。

（3）基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)碾壓混凝土中，方案1的最高溫度較方案2高出0.7℃，方案2的最高溫度較方案3高出0.5℃，方案1的最高溫度較方案3高出1.2℃。

（4）基礎(chǔ)弱約束區(qū)碾壓混凝土中，方案1的最高溫度較方案2高出0.8℃，方案2的最高溫度較方案3高出0.5℃，方案1的最高溫度較方案3高出1.3℃。

（5）非約束區(qū)碾壓混凝土中，方案1的最高溫度較方案2高出0.6℃，方案2的最高溫度較方案3高出0.4℃，方案1的最高溫度較方案3高出1.0℃。

通過(guò)分析，可見(jiàn)表面流水養(yǎng)護(hù)這種溫控措施對(duì)降低壩體溫度都有明顯的作用，在大壩建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制北京[M].：中國(guó)電力出版社，1999

[2]張曉飛.碾壓混凝土拱壩溫度應(yīng)力場(chǎng)仿真分析[D].西安：西安理工大學(xué)，2003：9-10

[3]潘家錚主編.水工建筑物的溫度控制[M].北京：水利電力出版社，1990

[4]張曉飛，李守義，陳堯隆.碾壓混凝土拱壩溫度場(chǎng)計(jì)算的浮動(dòng)網(wǎng)格法[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006，39（2）：126-129