高寒地區(qū)碾壓混凝土壩溫度和應力有限元分析.pdf

1、碾壓混凝土壩是近30年來研究使用的新材料水工建筑物。到目前為止，已建和在建的碾壓混凝土壩中有約60％分布在中國、日本、美國和西班牙，同時這4個國家的碾壓混凝土筑壩技術也處于世界領先水平。隨著技術的發(fā)展，碾壓混凝土壩向著高寒、強震、高山等惡劣氣候和地形方向發(fā)展。
　　新疆北疆山區(qū)處于高寒地區(qū)，極端最低氣溫在零下40℃以下，極端最高氣溫接近零上40℃，氣溫變幅大，這種氣候特點對碾壓混凝土壩的施工過程影響顯著。碾壓混凝土壩在本年10月底

2、就停止施工直至第2年4月才能施工，夏季日照時間長，高溫和干燥的氣候對混凝土的施工也產(chǎn)生了一定的影響。這種特殊氣候使碾壓混凝土壩體具有相對獨特的溫度場和溫度應力時空分布規(guī)律。為了進一步研究施工過程的溫度控制，本文采用三維有限元法對壩體施工期和運行期的部分溫度場和溫度應力進行了全過程仿真計算。
　　本文結合有限單元法對穩(wěn)定溫度場、非穩(wěn)定溫度場和溫度應力場的的計算公式進行了總結，對壩體的穩(wěn)定溫度場、非穩(wěn)定溫度場和溫度應力場在ANSYS軟

3、件的算法進行了學習和研究。在模擬碾壓混凝土壩施工過程的溫度場和溫度應力時，考慮了分層澆筑的特點，并考慮了澆筑間歇時間、混凝土的絕熱溫升與彈性模量的變化、外界環(huán)境溫度的變化。結合算例對該方法的可行性進行了驗證并結合山口水電站實際工程條件，對其進行了溫度和應力的全過程仿真分析。
　　從溫度場計算結果可以看出，碾壓混凝土壩內部特征點，在施工期首先溫度上升，達到第一個峰值后開始下降，再次上升到最高溫度后緩慢下降，在運行期呈現(xiàn)不明顯的周期變

4、化。出現(xiàn)兩個溫升曲線和一個明顯的溫降曲線。表面碾壓混凝土澆筑初期，生熱率較高，溫度迅速升高，但受外界氣溫變化明顯，施工期溫度變化急劇，運行期呈現(xiàn)明顯的周期變化。
　　從應力場計算結果可以看出，碾壓混凝土壩在施工期，在新舊混凝土的澆筑面上，特別是在越冬面，出現(xiàn)較明顯的應力集中現(xiàn)象，在接觸面上的鉛直應力較大，容易引起水平施工縫開裂，冬季表面主要為拉應力，內部主要為壓應力，夏季表面主要為壓應力，內部主要為拉應力，最大拉應力較大，超出了規(guī)