模糊综合评判法在工程项目社会影响评价中的应用.doc

河床大体积置换混凝土块温度及应力场仿真分析 黄淑萍，田宇， (河海大学土木学院，江苏，南京，210098） 摘要：结合某拱坝工程的实际情况，针对河床大体积置换混凝土块与坝体整体浇筑和先进行浇筑两种处理方式，采用有限单元法，应用三维有限元程序，对施工期和运行期温度场和温度徐变应力场进行仿真计算并对比分析，为实际工程的设计和施工提供参考依据。 关键词：有限单元法；置换混凝土块；温度徐变应力；仿真计算 概述 大体积混凝土由于内部水化热影响引起的温升高且不易散发,当受到自身和周围介质温度、湿度变化的影响制约,以及基础和相邻混凝土块的约束时,就会在不同部位产生很大的温度应力而产生裂缝。地基是一个坝体的施工基础，由于地质缺陷，需要对软弱基岩层块进行混凝土置换，大体积河床置换块侧面为基岩，顶部为坝体，散热条件较差，如果温控措施不当，很容易产生裂缝，对坝的整体稳定的危害很大，所以对大体积基础置换块体进行温控防裂研究也是非常必要的。本文结合某拱坝工程，采用有限单元法，应用三维有限元程序，对置换块施工期和运行期温度场和温度徐变应力场进行仿真计算，考虑了两种不同的浇筑处理方式，一种为：把置换块体当作坝体一部分，同整个河床坝段进行整体浇筑， 第二种为：先对置换块体浇筑，待置换块温度降到年平均地温后，再对河床坝体进行浇筑。通过对比分析计算，为拱坝设计单位温控制定温控方案提供参考依据。 仿真模型及计算资料 2.1 计算模型 选取河床处19号坝段建立三维有限元网格模型如图1（整体模型效果图）和图2（去掉地基模型图）。采用空间6面体20节点等参实体单元剖分网格， X轴为顺河向,由上游水平指向下游,且与坝轴线垂直;Y轴为横河向,沿坝轴线由右岸水平指向左岸, Z轴为铅直向上,建基面高程355.4m,置换块高程329.4m~355.4m，计算高程为329.4m~388.4m，铅直向单元层厚1m;上下游方向分为18层单元,上下游面处较密,中心较稀;横河向分为10层单元,整个整个坝段共剖分单元9656个，结点45341个。 图1 整体三维有限元模型 图2 局部三维有限元模型 基本计算资料 坝体混凝土329.4m~389m高程为A区，389m高程以上为B区，混凝土热力学性能见表1。 表1 混凝土热力学性能 热力学指标 单位 混凝土强度等级 A区（C35） B区（C30） a） m2/h 0.0026 0.0026 (c) 1.08 1.07 容重(ρ) kg/m 2635 2635 线膨胀系（α) ×10-6/℃ 6.5 6.5 导热系数(λ) 7.35 7.28 泊桑比(μ) 0.167 0.167 绝热温升 回归方程 ℃ 弹性模量值 MPa 42.4 40.3 极限拉伸值（90d）10-4 1.03 0.96 坝址区年平均气温为19.7℃,年平均地温为20.9℃, 年平均水温为18.4℃， 坝址区属中亚热带季风气侯区，干湿季分明。每年5月～10月为雨季，气温高,空气湿润,降水多,日照充足；每年11月～翌年4月为旱季，空气干燥，少雨，日照多。多年平均气温如表2。 表2 多年平均气温（单位℃ ） 月份 分项 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 平均 多年平均气温 10.6 12.4 16.2 21.1 23.9 25.8 27.1 27.1 23.9 19.6 17 12.2 19.7 温控方案及计算结果分析 3.1 把置换块体当作坝体进行整体浇筑（方案1） 按照相关气象水文资料：季月平均气温在10℃以上，不存在混凝土冬季施工问题，夏季气温较高、持续时间长，混凝土降温问题较为突出的特点，置换块体不宜在夏季高温时期施工，宜在冬季干旱季节施工，同时考虑到浇筑温度、仓面保护方式、混凝土间歇时间、一期冷却方式（包括不同进水温度、不同水管布置、不同通水时间）等影响坝体混凝土内部最高温度与断面平均温度的各种参数进行了系统研究，最终得出的温控措施为：11月份开始浇筑，初始浇筑温度12℃，间歇期7天，浇筑层厚1m，水温10℃，水管1.5m×1.0m，通水冷却21天，通水流量1.2 m3/h 。置换块体的温度场和应力场变化规律如下： 3.1.1 施工期温度场分析 图3为开始施工后130天，施工面达到建基面高程355.4m时顺河向中间剖面温度场分布图，图4为整个坝段施工至388m高程温度场分布图。在整个施工期过程中，置换块体329.4m~355.4m高程内最高温度为25.5(C，位于(354.4m高程附近的混凝土中。 3.1.2 温度徐变应力分析 在施工期过程中，坝体内温度应力很小，运行期坝体达到温度温度场后产生的内温度应力较大，置换块体沿高程最大应力值见表3，运行期温度应力分布