1.1工程概述

 

　　某拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1310.0m，最大坝高105.0m，坝顶长度356.0m。坝体上、下游面为变态混凝土，中间部位为二级配防渗碾压混凝土和三级配碾压混凝土，泄洪坝段上部及消力戽池等为常态混凝土。

 

　　1.2基本资料

 

　　（1）气象资料

 

　　坝址区气象资料以临近的气象站为代表。

 

　　（2）大坝混凝土热力学性能表见表1-1。

 

　　（3）混凝土的徐变参数

 

　　常态砼徐变：

 

　　碾压砼徐变：

 

　　（4）地温资料

 

　　该地区年平均地温按18℃考虑，地基岩石为砂岩，变形模量为33000MPa，岩石泊桑比0.22，其它热学指标参考混凝土资料。

 

　　（5）混凝土的绝热温升T与龄期t拟合关系式参数：

 

　　RI碾压混凝土：；

 

　　RII碾压混凝土：；

 

　　CI碾压混凝土：；

 

　　1.3计算模型

 

　　整体坐标系的坐标原点在坝段左侧坝踵处。坝轴线指向右岸为x轴正向，下游方向为y轴正向，铅直向上为z轴正向。计算模型在坝基深度方向取100m，上游方向取100m，下游方向也取100m。

 

　　温度场计算中边界条件的选取：地基底面和4个侧面以及坝段横缝面为绝热边界，坝体上下游面在水位以上为固—气边界，水位以下为固—水边界。固—气边界按第三类边界条件处理，固—水边界按第一类边界条件处理。应力场计算取整个坝段进行计算，边界条件的选取：地基底面按固定支座处理，地基在上下游方向按y向简支处理，其余为自由边界。

 

　　1.4计算方案

 

　　基础垫层混凝土厚度为3.5m，开浇时间为2010年5月10日。计算按照两种工况进行：

 

　　工况1：2010年5月10日浇筑基础垫层0.5m厚常态混凝土，间歇5天后浇筑3.0m厚碾压混凝土，RCC施工时间2天。

 

　　工况2：2010年5月10日浇筑基础垫层0.5m厚常态混凝土，之后连续浇筑3.0m厚碾压混凝土。

 

　　计算条件：分两条纵缝，最大浇筑块长度分别为26.5m、24m、24m。

 

　　基础垫层混凝土计算方案汇总见表1-2。

 

　　2.计算成果

 

　　2.1非稳定温度场成果

 

　　非稳定温度场计算成果如下，RⅡ区碾压混凝土各方案最高温度（℃）为：方案1：30.86，方案2：28.82，方案3：28.73，方案4：30.28，方案5：30.28；RⅠ区碾压混凝土各方案最高温度（℃）为：方案1：27.07，方案2：25.49，方案3：25.51，方案4：27.26，方案5：27.26。

 

　　由方案1和方案2对比可知，不通水条件下，RⅡ区碾压混凝土最高温度为30.8℃，RⅠ区碾压混凝土最高温度为27.0℃；通河水冷却后，RⅡ区碾压混凝土最高温度为28.8℃，RⅠ区碾压混凝土最高温度为25.5℃。

 

　　由方案2和方案3对比可知，工况1和工况2的计算成果表明：采用不同的施工进度，垫层内部最高温度值相差很小。

 

　　由方案3和方案4对比可知，同样在通水条件下，在浇筑温度同为17℃下，RⅡ区碾压混凝土最高温度为28.8℃，当浇筑温度为20℃时，RⅡ区碾压混凝土最高温度为30.2℃。

 

　　从2010年6月12日，基坑充水，基础垫层混凝土全部浸水后，垫层表面温度与当月平均水温相同，为17.5℃。方案5未考虑基坑冲水，垫层表面温度为22.4℃。基坑充水，基础垫层混凝土浸水之后，垫层表面温度最大降幅为4.9℃。

 

　　坝体内部稳定温度为13.5℃左右，根据碾压混凝土坝设计规范（SL314-2004）的要求，当碾压混凝土极限拉伸值不低于0.70×10-4，浇筑块长边长度小于30.0m时，基础强约束区允许温差为15.5～18℃。该工程基础强约束区碾压混凝土最高温度应控制在29～31.5℃。由以上各计算成果可知：所有方案碾压混凝土最高温度均满足规范要求。

 

　　2.2应力场计算成果

 

　　非稳定温度场计算成果如下：RⅡ区碾压混凝土最大应力（MPa）（，，）：方案1：（1.32，1.85，1.09），方案2：（1.10，1.55，0.91），方案3：（1.31，1.62，1.05），方案4：（1.22，1.68，0.92），方案5：（0.88，0.87，0.84）；RⅠ区碾压混凝土最大应力（MPa）（，，）：方案1：（1.31，1.55，0.85），方案2：（1.25，1.52，0.85），方案3：（1.41，1.64，0.85），方案4：（1.39，1.66，0.86），方案5：（1.24，1.25，0.74）；

 

　　（1）基础垫层顶面应力值相对较大，尤其是在垫层充水之后，因方案5长间歇垫层未采取度水过汛，其最大应力值远小于其他方案。

 

　　（2）采用工况1的施工进度、通河水与不通水冷却相比，RⅡ区碾压混凝土最大应力减小0.22MPa，减小0.30MPa，减小0.18MPa；RⅠ区碾压混凝土最大应力减小0.06MPa，减小0.03MPa，不变。

 

　　（3）同在通水情况下，分别采用工况2和工况1的施工进度，既通过方案3和方案2的对比可知，RⅡ区碾压混凝土最大应力减小0.15MPa，减小0.07MPa，减小0.14MPa；RⅠ区碾压混凝土最大应力减小0.16MPa，减小0.12MPa，不变。

 

　　（4）将浇筑温度从17℃提高到20℃后，最大应力增加0.12～0.14MPa。

 

　　3.结语

 

　　基坑充水基础垫层混凝土浸水之后，垫层表面温度即刻与充水时刻的水温相同，其最大降幅为4.9℃。此时垫层表面温度应力最大，方案1～方案4的RⅡ区碾压混凝土表面最大温度应力均超过了28天龄期的RⅡ碾压混凝土抗裂允许应力0.85MPa。而方案5是满足的，并且当混凝土龄期达到90天时，其最大应力值同样满足规范要求。方案5较优，故推荐方案5。

 

　　参考文献：

 

　　[1]陈尧隆.高等水工结构[M].西安：西安理工大学水电学院，2001.

 

　　[2]祝效华，余志祥等。ANSYS高级工程有限元分析范例精选[M].电子工业出版社，2005.