预应力混凝土面板堆石坝技术及有限元分析

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发布时间：2021-09-04

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预应力混凝土面板堆石坝技术及有限元分析
朱万旭，常宇飞’，区锡祥，吕娟娟，付委
(1．广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006；2．桂林理工大学，广西桂林541004；
3．柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州545005)
摘要：面板作为大坝的防渗体，它的整体性和耐久性关系到大坝的稳定安全。因此，面板混凝土的防裂、限裂就成为大坝设计
的关键。防止裂缝的发生，应从提高混凝土自身抗裂能力及减小导致裂缝的破坏力人手。将缓黏结预应力筋铺设在混凝土面板
堆石坝中可以提高结构的刚度，有效的抑制裂缝的开展。通过对某地区一水电站大坝的受力性能进行ANSYS有限元分析，对比
施加预应力前后的大坝应力及变形特点，探究预应力技术在混凝土面板坝中运用的合理性。分析结果表明：缓黏结预应力筋能
够减缓面板的开裂破坏程度，显著地改善混凝土面板堆石坝的工作性能，值得在今后的工程中推广。
关键词：混凝土面板堆石坝；预应力；缓黏结筋；ANSYS有限元分析；降温法
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)11—0150—03
Technology of prestressed concrete face rockfill dam and finite element analysis
ZHU Wanxu ' ，CHANG yu崩，OU Xixiang ，LO Juanjuan ，FU Wei’
(1．School of Civil and Architectural Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China
2．Guilin University of Technology，Guilin 541004，China；3．Liuzhou OVM Machinery Co．，Ltd．，Liuzhou 545005，China)
Abstract：Concrete panel is used as the impervious body of a dam，which integrity and durability have a big effect on safety and stabili—
ty．Therefore，it is critical to avoid and limit the cracks by improving the crack resistance ability of concrete and reducing the tensile
stress．The pre—stressing retard—bonded strands laid in the concrete panel can improve the stiffness of the structure and effectively in—
hibit the conduct of cracks．The dam in a hydropower station is analyzed by ANSYS to compare stress and deformation characteristics of
the dam before and after pre—stressing and study the rationality of pre—stress technology．The results show that pre—stressing retard—
bonded strand can decrease the damage of the panel and improve the working performance of concrete face rockfill dam．In short，this
pre—stressing technology should be promoted in future projects．
Key words：concrete face rockfill dam(CFRD)；pre—stress；retard—bonded strand；finite element ANALYSIS；falling temperature
m ethod
O 引言
2012年8月，新疆斯木塔斯水电站正式下闸蓄水。这
是世界首次将预应力技术应用于混凝土面板堆石坝中，标
志着中国水利建设进入了一个新阶段。
时至今Et，预应力技术在建筑、桥梁工程等方面发展
已非常成熟。建筑楼板、桥梁梁体中的预应力钢筋能够有
效的抑制钢筋混凝土结构表面的裂缝，同时大大地节省钢
材用量，减小结构自重并增加梁体长度。然而，在斯木塔斯
水电站建成之前，世界范围内没有任何一例采用预应力技
术修建混凝土面板堆石坝的先例。究其原因，不外乎以下
几点：相对于建筑、公路、桥梁工程等，水利工程建设难度
更大，要求的技术水平更高；预应力施工需要专业性人员，
施工时间长，耗费资金大；2000年以前，我国100 121以上的
超高大坝数量较少，普通钢筋混凝土面板堆石坝完全可以
满足使用要求。
近年来，随着国家经济建设的快速发展，许多地区的
收稿日期：2015一O卜06
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电力供应越来越无法满足人民群众生产生活的需求。普通
钢筋混凝土面板堆石坝厚度小，暴露面积大，受温度、湿度
影响大。特别是气温骤变和混凝土干缩引起拉应力超过混
凝土自身的抗拉强度或极限拉应变而使面板产生裂缝，对
长面板则更为不利¨ J。因此其发展受到了诸多的限制。
为了缓解用电压力，我国的水电站大坝坝体已经向着更高
更大的方向发展。新疆斯木塔斯水电站的建成为我们开辟
了一个全新的思路：预应力技术将是今后水利大坝建设的
新趋势。
1 预应力技术在混凝土面板堆石坝中的应用
适用于水工建筑物的预应力钢筋为高强度低松弛预
应力钢筋。这种钢筋经钢经绞线绞捻而成，且要在350~
400℃ 的高温环境下热处理。经过热处理后的钢绞线强度
大大提高，结构伸直性良好且更加紧密，即使被切断后仍
能保持不松散。另外，这种钢绞线能够有效地降低预应力