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(1.國(guó)家電力投資集團(tuán)公司 西藏分公司，拉薩 850000； 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038)

1 概 述

大壩混凝土溫控防裂貫穿大壩建設(shè)的各個(gè)階段，施工階段尤為重要。大壩進(jìn)入施工階段后，受施工條件和管理水平影響，存在與設(shè)計(jì)工況不同程度的差異。因此，有必要通過(guò)跟蹤反饋仿真分析手段，利用監(jiān)測(cè)資料反饋關(guān)鍵參數(shù)，按照實(shí)際進(jìn)度和溫控措施仿真模擬，及時(shí)反饋施工、優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高工程建設(shè)質(zhì)量。

混凝土重力壩在澆筑過(guò)程中，由于原材料、溫控措施等原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度回升現(xiàn)象，高摻粉煤灰常態(tài)混凝土和碾壓混凝土尤為明顯，有些倉(cāng)位回升后溫度超過(guò)了一冷過(guò)程中的最高溫度。為了評(píng)價(jià)溫度回升對(duì)混凝土重力壩的影響，本文以某在建碾壓混凝土重力壩為研究對(duì)象，對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行反演，對(duì)溫度和應(yīng)力過(guò)程進(jìn)行反饋和預(yù)測(cè)，研究溫度回升對(duì)大壩溫度應(yīng)力的影響。

2 研究對(duì)象和研究任務(wù)

本研究以該混凝土重力壩典型河床壩段12#壩段為研究對(duì)象，已澆筑混凝土按實(shí)際澆筑進(jìn)度，未澆筑混凝土按設(shè)計(jì)進(jìn)度，混凝土澆筑溫度和一期冷卻措施均按照設(shè)計(jì)要求，研究在有溫度回升情況下有無(wú)中期冷卻對(duì)大壩混凝土溫度應(yīng)力的影響。主要研究?jī)?nèi)容包括基本熱力學(xué)參數(shù)和邊界初始條件的整理分析、大壩水庫(kù)水溫?cái)?shù)值計(jì)算、大壩溫度場(chǎng)反饋仿真分析，以及不同工況下大壩溫度應(yīng)力反饋仿真分析和預(yù)測(cè)。

3 計(jì)算模型和計(jì)算方案

3.1 計(jì)算模型和條件

圖1為某大壩12#壩段計(jì)算模型。為了研究溫度回升影響，選取實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程有溫度回升現(xiàn)象的典型壩段12#壩段。在壩體表面由于溫度梯度較大，所以設(shè)置相對(duì)較薄的單元，由外向內(nèi)網(wǎng)格逐漸變粗。同時(shí)，為了模擬分層澆筑過(guò)程，計(jì)算網(wǎng)格在高度方向上的單元厚度取為0.5 m。網(wǎng)格剖分時(shí)采用空間六面體等參單元。

圖1 計(jì)算模型圖

3.2 計(jì)算方案和計(jì)算條件

計(jì)算方案和計(jì)算條件見(jiàn)表1。大壩實(shí)際澆筑進(jìn)度截至2017年6月15日，已澆筑混凝土按實(shí)際澆筑進(jìn)度和澆筑溫度，未澆筑混凝土按照設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)澆筑溫度，分別計(jì)算。

表1 計(jì)算工況表

為了準(zhǔn)確模擬反饋大壩實(shí)際溫度場(chǎng)，對(duì)絕熱溫升過(guò)程進(jìn)行了反演。無(wú)溫度回升工況，碾壓RI混凝土絕熱溫升公式為：

Q(τ)=23τ/(4.4+τ)

經(jīng)過(guò)反演后，考慮溫度回升，碾壓RI混凝土絕熱溫升公式采用組合函數(shù)模型為：

Q(τ)=23τ/(4.4+τ)+8×(1-e-0.001τ1.5)

計(jì)算模型約束邊界為基礎(chǔ)底面和側(cè)面均為法相約束，基礎(chǔ)初始溫度采用實(shí)測(cè)結(jié)合仿真計(jì)算確定。水庫(kù)水溫通過(guò)數(shù)值模擬手段，采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院享有獨(dú)立著作權(quán)的《水庫(kù)水溫?cái)?shù)值分析軟件》(NAPRWT)，根據(jù)掌握的該水庫(kù)相關(guān)資料，對(duì)運(yùn)行期的上游和下游庫(kù)水溫時(shí)空分布進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

4 計(jì)算結(jié)果

圖2-圖4為截至3個(gè)工況的溫度對(duì)比過(guò)程線。

表2為3個(gè)工況溫度和應(yīng)力成果統(tǒng)計(jì)。由計(jì)算結(jié)果可以看出，考慮和不考慮溫度回升，內(nèi)部溫度最大相差6℃，表面的最大溫差有4℃的增幅，在初次蓄水時(shí)造成0.2 MPa的應(yīng)力增加，表面應(yīng)力安全系數(shù)由2.3降至1.9；達(dá)到穩(wěn)定場(chǎng)時(shí)刻的應(yīng)力對(duì)比，內(nèi)部應(yīng)力有大約0.18 MPa的增幅。增加中期冷卻措施后，降低了內(nèi)外溫差，控制了溫度反彈，防止第二個(gè)最高溫度峰值的出現(xiàn)，表面應(yīng)力有0.5 MPa的降幅，且內(nèi)部應(yīng)力也有0.25 MPa的降幅。

圖2 典型高程內(nèi)外溫度和溫差過(guò)程線(工況1-無(wú)溫度回升無(wú)中冷)

圖3 典型高程內(nèi)外溫度和溫差過(guò)程線(工況2-有溫度回升無(wú)中冷)

圖4 典型高程內(nèi)外溫度和溫差過(guò)程線(工況3-有溫度回升有中冷)

工況最大內(nèi)外溫差/℃入冬最大表面應(yīng)力 /MPa蓄水時(shí)最大表面應(yīng)力 /MPa最高溫度/℃最高溫度出現(xiàn)時(shí)間內(nèi)部應(yīng)力差/MPa備注工況111.0～13.01.452.028.0一冷/工況215.0～17.01.552.228.5一冷結(jié)束后第二個(gè)峰值0.18工況2-工況1工況312.01.01.7528.0一冷0.25工況2-工況3

5 結(jié) 語(yǔ)

本文研究?jī)?nèi)容以某在建碾壓混凝土重力壩為研究對(duì)象，對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行反演，對(duì)溫度和應(yīng)力過(guò)程進(jìn)行反饋和預(yù)測(cè)，研究溫度回升對(duì)大壩溫度應(yīng)力的影響。仿真計(jì)算以典型河床壩段12#壩段為研究對(duì)象，已經(jīng)澆筑的混凝土按照實(shí)際澆筑進(jìn)度，未澆筑混凝土按照設(shè)計(jì)進(jìn)度，混凝土澆筑溫度和一期冷卻措施均按照設(shè)計(jì)要求，分別研究是否考慮溫度回升，以及在有溫度回升情況下有無(wú)中期冷卻對(duì)大壩混凝土溫度應(yīng)力的影響。研究結(jié)果表明，溫度回升會(huì)造成一冷結(jié)束后內(nèi)部溫度反彈，如果不加干預(yù)，使得入冬或蓄水時(shí)內(nèi)部溫度處于高位，造成內(nèi)外溫差過(guò)大，表面應(yīng)力增加；溫度回升甚至導(dǎo)致內(nèi)部溫度回升至超過(guò)一冷最高溫度，出現(xiàn)新的峰值，造成基礎(chǔ)溫差增大，且一冷階段的徐變作用相當(dāng)于沒(méi)有發(fā)揮，勢(shì)必造成內(nèi)部拉應(yīng)力的增加。因此，施工期應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)部溫度回升現(xiàn)象，針對(duì)可能存在的溫度回升階段，及時(shí)采取通水冷卻等控溫降溫措施，確保內(nèi)外溫差和基礎(chǔ)溫差滿足設(shè)計(jì)要求。