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DOI编码：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2024.24.034

基于有限元法的堆石混凝土坝温度应力分析

张海涛，朱伟君

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

摘要：为了研究温度变化对大坝结构受力的影响。文中以某堆石混凝土重力坝作为研究对象，分析温度变化对其

应力的影响。通过建立有限元模型，模拟了坝体在施工及服役过程中温度场和应力场的变化，特别关注环境温度变

化对大坝温度应力的影响。研究表明，寒冷地区的堆石混凝土坝受到温度变化影响会导致坝体表里温差显著，对于

该分析案例，坝体内外温差最大可达23.8℃；过大的温差导致坝底以及大坝侧面温度应力增大该位置易引发温度裂

缝，应采取相应裂缝控制措施。

关键词：高寒地区；堆石混凝土；温度应力；有限元分析

中图分类号：TG244文献标识码：A文章编号：1006-7973（2024）12-0088-03

堆石混凝土作为一种新兴的筑坝技术，近年来发展较快对堆石混凝土大坝内力的影响，并提出控制坝体在温度变化

并得到了广泛的推广和应用。然而由于混凝土坝体积普遍较作用下开裂的相应措施。

大，均存在不同程度的裂缝问题。裂缝的产生机制十分复杂，一、试件概述

通常是多种荷载共同作用的结果，其中，温度荷载在混凝土文中设定的坝体高度为60m，上下游保护层和垫层的厚

坝的开裂过程中起着关键作用[1-2]，尤其是在高海拔寒冷地度均为1m，坡比则选取1：0.6。地基厚度设置为60m，左

区，全年温差较大，混凝土坝表面及坝体内部极易形成不利右低级厚度延伸至40m，而前后地基则延伸了10m。为了

的温度场，进而产生较大的拉应力，增加了裂缝风险。进一步进行计算，坝体和地基都被划分为多个网格，采用了

对于混凝土结构而言，在混凝土浇筑完成后，水泥等胶八节点的六面体等参单元进行剖分。在最终网格划分中，整

凝材料与水发生物理化学反应，释放大量水化热，导致内部个模型的节点数量达到了40,248个，单元总数35,507个，

温度逐渐升高。研究表明，当混凝土内部温度过高时，水化如图1所示。

产物的分布会趋于不均匀，内部孔隙增多，从而增加了微裂

纹和温度裂缝产生的可能性[3]，而裂缝的开展将对堆石混凝

土坝体的强度及耐久性产生较大影响，因而探究温度变化对

混凝土坝体应力的影响受到国内外学者的关注。

徐世烺等[4]对超高韧性水泥基复合材料保温板厚度进行

参数分析，研究表明超高韧性水泥基复合材料保温板厚度增

加会降低混凝土表面温度。姚可夫等[5]研究综述了高海拔地

区的环境特征对混凝土坝服役性能的影响，并提出了在复杂

环境下对大坝工程健康诊断和灾变风险防控的进一步研究方

图1坝体示意图

向。魏清河等[6]研究通过正交试验法探讨了防水剂、减水剂、

二、基本原理及有限元模型建立

聚丙烯纤维及水胶比对混凝土路面砖力学性能、抗冻和抗盐

1．计算原理

冻性能的影响，并推荐了最佳配比方案。Zhai[7]等对外直径

（1）温度场

82m，壁厚0.8m和高38.4m的天然气储罐的环形混凝土

在结构温度场模拟中，对象混凝土被认为是均质同向实

墙体浇筑施工过程进行了数值模拟。混凝土的浇筑分为12