常态混凝土高拱坝温控措施敏感性仿真分析

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发布时间：2021-09-07

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常态混凝土高拱坝温控措施敏感性仿真分析
凌骐，黄淑萍，张志超，曾为成
(河海大学土木工程学院，江苏南京210098)
摘要：依据某常态混凝土拱坝的详细施工进度和实际监测资料，采用三维有限单元法对拱坝横缝灌浆前进行
了施工期仿真计算。重点讨论了该拱坝分别采用两种不同温控措施后，坝体内温度场和温度徐变应力场的分
布情况。通过敏感性分析，比较了两种温控措施的效果及实际作用，所获得的结论对于同类工程的设计和施
工有一定的参考价值。
关键词：敏感性分析；有限元仿真；温控防裂；混凝土温控；拱坝
中图法分类号：TV642．4 文献标志码：A
近几十年来随着土木工程和水利工程的迅速发
展，混凝土筑坝技术也不断进步。在水工建筑物中，大
体积混凝土结构十分常见，对于这些挡水建筑物，例如
混凝土拱坝，必须进行温度场和温度应力场仿真分析，
并采取合适的温控措施，以防止坝体产生比较大的拉
应力及出现裂缝。目前普遍采用的温度控制措施主要
有：合理的结构形式和适当的分缝分块、降低混凝土浇
筑温度、按高度分层施工并设置间歇期、布置冷却水管
进行强制冷却、改善混凝土性能以及进行表面保护等。
由于每个工程的地理位置、气候环境、坝型结构、混凝
土材料性能等条件都不尽相同，因此所使用的施工方
案和温控措施也大相径庭。国内一些学者及科研单位
也就其中的部分工程进行了深入研究探讨，例如文献
[1]对普定碾压混凝土拱坝的温度场和温度应力进行
了仿真分析，提出了合适的温控措施并已应用于该工
程。
与碾压混凝土拱坝相比，常态混凝土拱坝由于水
泥用量相对较多，施工方法也完全不同，坝内温度场和
应力场具有其自身的特点，因此施工期的温控措施非
常重要。本文依据某在建常态混凝土高拱坝的详细施
工进度和实际监测资料，应用三维有限单元法，重点研
究该拱坝典型坝段分别采用不同温控措施后，坝内温
度场和温度徐变应力场的分布情况。
1 计算原理
1．1 大坝瞬态温度场
在混凝土坝施工期，由于水泥水化热的作用，混凝
土的温度将随时问而变化，属于具有内部热源的热传
导问题。瞬态温度场T( ，Y，z， )在区域R内应满足
下列方程及边值条件 2 J：
—OaT—丁 =Ⅱl—窘a + oO2y 7， ,+ —Oz )J+ a—O0t—r (l、 1l )J
初始条件和边界条件为：
，J T=： To( ，Y，z) 厂==厂0
【。( OT + + ：)+卢(T 一 Ta ) ： 0 F：F2
其中， ( ，y，z)为给定的初始温度；Tb为给定的边
界温度；为气温；，n ，为表面外法线方向余弦；
为介质表面放热系数，口为导温系数。
在边界厂。上满足第一类边界条件，在边界厂上
满足第三类边界条件。根据变分原理，热传导方程
(1)等价于泛函(2)的求极值问题：
，( )=Ⅲ{ [( ) +( )2+( +