盾构井底板混凝土温控参数敏感性分析

以珠江三角洲水资源配置工程的典型盾构井底板为例,采用saptis三维有限元软件,进行浇筑温度和通水冷却温控参数敏感性分析。结果表明,高温季节降低浇筑温度有利于控制混凝土内部最高温度,浇筑温度每增高1℃,内部最高温度增加约0.79℃,建议将浇筑温度降低至23℃;优化通水冷却参数(加密冷却水管,降低通水水温,适当延长通水时长)能达到良好的温控防裂效果。

高海拔地区高拱坝首仓混凝土温度反演分析与温控措施优化

【目的】大坝各个坝段首仓浇筑混凝土常采用大量三级配混凝土浇筑,混凝土绝热温升较高,同时该区域受基础约束大,在温控措施失效的情况下温度峰值容易超过设计允许值,即温度超标而产生较大的应力。为保障大坝的安全,需要采用合理的二期冷却措施控制大坝的温度应力。【方法】在分析了高寒高海拔地区坝体首仓混凝土温度超标和应力形成的原因,以及温度超标后大坝最大应力及安全系数的基础上,对二期冷却进行优化分析。然后以叶巴滩工程为例,设置一、二灌区(拱坝浇筑过程中,在横缝位置,按一定高程埋设止浆片,形成各个灌浆区域,即为横缝灌浆中的灌区)同冷,将16-1仓的温度降低到12.50℃时进行暂时的控温处理,保持首仓的温度高于第一和第二灌区其余仓2.00℃,将首仓混凝土二期冷却目标温度设定为设计可行的上限11.00℃。【结果】计算结果显示,通过温控措施优化,可将坝体的安全系数从优化前可能出现的最不利情况的1.25提高至优化后的1.63。【结论】结果表明,温控优化措施可有效避免大坝首仓混凝土出现裂缝,同时可为同类工程类似情况提供温控措施建议。

对流-导热耦合作用下保温层对寒区水工隧洞衬砌结构力学特性的影响

以新疆布伦口水电站引水隧洞为例,考虑对流-导热作用,通过现场监测成果和有限元仿真计算,分析引水隧洞在不同位置铺设不同厚度的保温层对衬砌结构热-力耦合特性的影响。结果表明,表面铺设时,保温层厚度与衬砌的冻胀力呈负相关,且当厚度在0.06 m以上时,二次衬砌的冻胀力变为压应力;保温层厚度与衬砌的横向位移呈正相关,与纵向位移呈负相关。夹层铺设时,保温层厚度与二次衬砌的冻胀力呈正相关,与一次衬砌的冻胀力呈负相关;随着保温层厚度的增加,二次衬砌的最大主应力变为拉应力,不利于二次衬砌的安全稳定;随着保温层厚度的增加,一次、二次衬砌的横向位移差值增大近4倍,纵向位移差值增大10倍以上。

基于沙猫群优化算法的拱坝热学参数反演分析

在混凝土温度场计算中,热学参数对计算结果的准确性有着很大影响。为了得到更加符合现场实际情况的热学参数值,提出了一种基于沙猫群优化算法的拱坝热学参数反演方法。通过12种不同的测试函数,验证了沙猫群优化算法的性能相比于其他3种传统优化算法有着一定的优势。同时,考虑到环境温度变化和多级冷却通水的影响,应用沙猫群优化算法对白鹤滩拱坝混凝土浇筑仓热学参数进行了反演。通过反演结果证明了沙猫群优化算法应用到工程实践中的合理性和可靠性,可以满足实际工程的精度需求。

膨胀剂和后浇带对超长环形底板混凝土防裂的影响研究

世界上亮度最高的第四代高能同步辐射光源的超长环形底板周长约1494 m、厚1 m,如何保证底板混凝土施工质量防止裂缝产生是工程的难点。建立有限元三维数值分析模型,按照实际施工过程仿真底板混凝土的跳仓浇筑过程,模拟分析底板混凝土温度及温度应力变化情况,同时将计算温度结果与实测温度结果进行对比,验证热学参数的合理性和准确性。在反演分析基础上,研究膨胀剂和后浇带的温控防裂效果。研究结果表明:早膨胀型自变(Ⅰ型)对混凝土早龄期应力的影响是有利的,但晚膨胀型自变(Ⅲ型)的延迟膨胀性补偿由于混凝土收缩和温降引起的应力,有利于减小底板冬季最大拉应力;设置后浇带能减小底板混凝土分缝分块长度,削减混凝土最大拉应力,削减幅度为6.65%。

短周期温度荷载对大坝混凝土表面温度应力影响研究

为探究外部环境变化形成的短周期荷载对混凝土外观、质量、蓄水等的影响,以周宁抽水蓄能电站碾压混凝土大坝为例,借助三维有限单元法,对昼夜温差和寒潮引起的碾压混凝土重力坝表面温度应力变化进行研究。研究结果表明:加强保温可以明显削减短周期温度荷载的影响,防止裂缝产生;寒潮对混凝土表层影响范围更深,约为1.4~1.6 m。研究成果可帮助制定混凝土温控防裂标准,对短周期温度荷载影响较大区域的工程施工具有一定参考价值。

引江济淮船闸闸首施工期开裂风险与防裂分析

与混凝土坝相比,船闸闸首、泵站类薄壁大体积混凝土结构体型相对较小,但结构型式与受力复杂、约束明显且采用泵送高性能混凝土浇筑,早期混凝土放热量较常态混凝土大且发热快,施工期比大坝更易产生温度裂缝,其防裂设计成为施工质量控制的难点之一。结合在建的引江济淮枞阳船闸上闸首工程,采用三维有限元法仿真分析手段,模拟真实环境、材料、结构、温控措施的影响,分析结构施工期温度场、应力场以及开裂风险,并提出针对性的防裂措施。研究表明,输水廊道、墩墙、空箱及启闭机房周边大体积混凝土等功能性部位为高风险开裂部位,实现控温浇筑、通水冷却以及表面保温的多措并举且差异化控制,能够大大降低其开裂风险,可为引江济淮工程薄壁结构防裂设计提供参考。

尚义碾压混凝土重力坝溢流坝段温控仿真分析

由于碾压混凝土坝浇筑高程上升快、散热不及时,再加上碾压混凝土浇筑初期抗拉强度低,在混凝土坝冷却降温过程中会出现较大拉应力,尤其对于寒冷地区冬季气温低,降温速度过快,内外温差大,坝体的开裂问题更为严峻和突出。通过三维有限元软件模拟尚义碾压混凝土重力坝溢流坝段施工期和运行期,分析溢流坝段的温度场和温度应力场规律,尤其对采用高等级混凝土的溢流面部分进行重点研究,改进相应的温控措施。结果表明,寒冷地区碾压混凝土坝温控问题突出,在只有表面保温措施下,夏季浇筑的坝体混凝土温升过高,坝体内部温度应力存在超标,与坝体同步浇筑的溢流面C30混凝土温度和温度应力大幅超出允许范围;采用改进的温控措施后,坝体整体温度应力得到有效控制,调整浇筑计划后的溢流面温度和温度应力状况大幅改善,降低了其在寒冷天气开裂的风险。

高温间歇对碾压混凝土坝施工期温控防裂影响研究

中国东部沿海地区夏季温度高,该类地区的碾压混凝土坝工程在施工期往往会设置高温间歇,但目前设置高温间歇主要依赖经验,缺少相关定量分析。依托福建省霍口水库工程,以有限元仿真分析为手段,对比分析了高温间歇对该碾压混凝土坝施工期温度、应力的影响。分析结果表明:夏季高温季节连续施工,会造成坝体基础温差与内外温差过大,存在开裂风险;与连续施工相比,设置高温间歇能显著降低碾压混凝土坝表面和内部的后期开裂风险,但复工后浇筑的混凝土仍然需要采取通水冷却措施进行降温,以避免开裂。研究成果可为碾压混凝土在施工期设置高温间歇提供科学依据和参考。

大体积混凝土墙体温度应力的半解析法

为了控制大体积混凝土墙体在浇筑后产生的温度应力,确保结构的功能性和耐久性不会受到影响,利用在ABAQUS中自开发的数值模型,通过与试验数据对比确保模型计算的准确性后,对大体积混凝土墙体展开了参数分析,分析内容包括墙体长高比、墙体厚度、温度差、地基刚度和徐变,并根据分析数据给出了墙体温度应力的半解析计算公式。结果表明:墙体温度应力与徐变呈负相关关系,与墙体的尺寸和温度差呈正相关关系,且墙体越长,温度应力增加的速度就越慢;半解析公式计算结果的平均误差不超过6%,可为工程设计提供指导。

城市深埋输水隧洞快速施工方案及施工技术研究

针对城市深埋输水隧洞征地困难、施工场地布置难度大,城区施工期运输限制条件多等施工特点,为了减少施工对周边居民生活、企业生产的干扰,保障施工期间临近既有建(构)筑物安全,减少工程弃渣对周边环境影响等,基于罗田水库—铁岗水库输水隧洞工程,研究提出城市深埋输水隧洞快速施工方案及施工技术,采用TBM法进行主线隧洞施工,并针对断层破碎带及富水洞段、软弱围岩、超硬岩施工等不良地质问题提出针对性处理措施。所提工法与传统工法相比,可提升隧洞工程质量,降低施工对周边环境的影响,减小与地面及地下轨道交通线路交叉影响以及地表沉降及地下水渗漏的影响,缩减施工工作面和地表占地,有效提高施工工效、缩短工期。研究成果可为类似工程施工提供参考。

基于监测数据的重力坝施工期-蓄水期-运行期工作性态仿真分析

在“双碳”背景下,由于抽水蓄能电站大坝初次蓄水后运行水位升降变化频繁,致使大坝不同阶段边界条件不断变化,其施工期-蓄水期-运行期工作性态值得重视和研究。针对这一问题,以周宁抽水蓄能碾压混凝土重力坝为例,结合监测数据分析和三维有限元仿真计算程序Saptis,对重力坝施工期-蓄水期-运行期工作性态进行全过程研究分析。结果表明:施工期混凝土实际监测温度与仿真计算温度过程基本吻合,混凝土最高温度受浇筑季节和材料分区影响,混凝土最大应力不超过1.5 MPa,满足抗裂要求;蓄水期水位以下混凝土表面温度基本等于库水温,随着库水温变化而发生周期性变化,水位变化区的混凝土变形和应力随着水位的变化而变化;长期运行后,大坝变形逐渐增大,坝顶最大可达到16 mm,大坝混凝土长期应力小于混凝土允许应力,抗裂安全满足要求。

大直径超深圆竖井内衬逆顺结合作法施工过程温度应力研究

珠江三角洲水资源配置工程A2标03号盾构井为外径35.9 m圆形竖井、开挖深度达73.98 m,施工复杂且难度较大,保证施工过程中不出现温度裂缝尤为重要。针对此问题,根据结构、施工特点,将盾构井内衬分为内衬墙、洞门墙和底板3个部分,使用三维有限元程序,采用逆-顺结合施工方法,基于内衬混凝土施工方案,对内衬结构施工过程进行数值模拟,研究内衬墙、洞门墙和底板温度、应力发展情况。数值模拟结果表明:(1)内衬墙、洞门墙和底板降温速率分别为0.28、0.23、0.19℃/d;(2)随着高程的降低,盾构井温控难度逐步下降,内衬墙厚度较小,受地下连续墙约束和气温变化影响较大,在高温季节浇筑的部位开裂风险较大,低温季节浇筑的洞门墙和底板开裂风险较小;(3)洞门墙和底板由于施工工序和间歇期,在结构突变连接处出现较大应力,施工中要加强这些部位的监测。

新疆大石峡水利枢纽无压泄洪洞衬砌混凝土温控防裂研究

受高速水流长期冲刷作用的影响,泄洪洞衬砌混凝土一旦产生裂缝,必将引起过流面的空蚀破坏,进而影响工程的正常稳定运行。因此,对泄洪洞衬砌混凝土进行温控防裂研究具有重要意义。依托大石峡水利枢纽泄洪排沙洞工程,采用三维有限元法,计算分析了不同温控措施下泄洪洞衬砌混凝土温度及温度应力的变化规律,论证了不同温控措施的适宜性。结果表明:喷雾洒水措施对改善衬砌混凝土表面温度应力具有一定的效果,并对混凝土干缩裂缝有明显的抑制作用;通水冷却措施主要侧重于改善衬砌混凝土内部的温度和应力状况,但会促使降温过程提前产生,增加早期开裂的风险,因此在施工过程中应严格控制混凝土降温速率和早期降温幅度,建议控制混凝土降温速率不超过2.0~2.5℃/d;施工初期和冬季低温时期均是温度裂缝发生的较危险时段,以冬季保温措施配合施工期的降温措施可以获得更佳的效果。研究成果可为类似泄洪洞工程衬砌混凝土的温控防裂设计与施工提供参考。

滇中引水工程隧洞衬砌施工期温控措施

隧洞衬砌混凝土属于典型的薄壁大体积混凝土,衬砌采用泵送混凝土、水化温升高,围岩约束大,衬砌易产生温度裂缝。为探究合理的隧洞衬砌施工期温控措施,采用三维有限元软件,考虑围岩和衬砌接触,开展了滇中引水工程某隧洞混凝土典型衬砌段施工期的温度场和温度应力场分布规律分析。结合现场监测数据,反馈分析了衬砌段表面保温系数为16.7 kJ/(m 2·h·℃)。研究了不同的浇筑温度、浇筑段长度、浇筑季节、混凝土自生体积变形特性对混凝土衬砌温度应力场的影响。结果显示:浇筑温度越高温度应力越大,浇筑温度每升高4℃,最小抗裂安全度降低0.30;高温季节浇筑最大应力较大,甚至>3.5 MPa;衬砌结构应采用合适的分段长度;采用微膨胀混凝土有利于抗裂。研究成果可为滇中引水工程隧洞衬砌混凝土温控施工提供参考。

高混凝土坝温控防裂研究进展

本文从仿真分析理论方法、典型裂缝成因及防裂措施、高拱坝及RCC坝温控防裂要点、智能温控4个方面介绍了高混凝土坝温控防裂研究进展;开发了可模拟9个过程、3场耦合、3个非线性的SapTis仿真软件系统,并针对精细建模、计算规模大等要求进行了并行化开发;分析了混凝土坝典型部位的仓面裂缝、劈头裂缝、廊道裂缝及下游面裂缝,并提出了防治措施;给出了高拱坝及RCC重力坝的温度控制要点,主要包括高拱坝的通水冷却设置应重视强调中期冷却并严格控制降温速率,碾压混凝土重力坝应淡化基础温差,强化内外温差的温控措施,智能温控技术是确保温控施工质量的有效手段,可有效避免人工控温可能出现的各种失误,提高施工质量。最后就未来亟待开展的高性能计算、早龄期热力学参数、个性化温控分区标准等问题进行了介绍。

混凝土水管冷却温度场的计算方法

针对混凝土水管冷却温度场的计算问题,在目前用有限单元法迭代算法近似求解的基础上,根据水管与混凝土之间热量交换的平衡原理,提出了一种新的计算方法,并且数学上完全严密。采用该方法和文中所建议的沿程水管边界单元的搜索技巧,可以方便地严格模拟实际工作中蛇形水管的走向,提高计算精度。同时,针对实际工程中为提高温度场和温度应力场的计算精度带来计算量大的问题,提出了利用有限单元法的并行计算技术以及子结构技术两种方法,降低计算规模。

闸墩内部水管冷却和表面保温措施的抗裂作用研究

本文针对闸墩施工期混凝土易开裂的问题,分析了闸墩在施工期混凝土的开裂原因,说明了采取闸墩内部水管冷却和表面保温两种不同温控措施的防裂机理与效果。指出单纯表面保温措施能虽够减小闸墩早期内外温差和表面拉应力,却使得混凝土的温升和温降幅度加大,闸墩冷缩期内部拉应力显著增加。于是提出内部水管冷却和适度表面保温相结合的闸墩温控防裂新思路,并已在姜唐湖泵送混凝土退水闸工程中得到应用,严寒季节施工的所有16孔闸室泵送混凝土都没有开裂,收到了较好的防裂效果。

大体积混凝土温度裂缝扩展过程模拟

大体积混凝土的温度裂缝是关系到水电工程中混凝土大坝安全的重要问题,它贯穿混凝土坝的施工期直至运行期。重点探讨了应用无网格法求解大体积混凝土温度裂缝扩展过程的模拟方法。无网格法采用节点来离散求解域,特别适用于裂缝开裂过程的模拟。结合混凝土热传导问题推导了伽辽金无网格方法控制方程和基本算法步骤,编制了混凝土温度场计算和温度裂缝扩展过程模拟的无网格法程序,通过具体的算例验证了所编制的伽辽金无网格程序的正确性。数值算例的计算结果表明,无网格法能够有效地模拟混凝土块在温度应力作用下的开裂发展过程,计算结果符合大体积混凝土块在均匀温降和基础强约束条件下的裂缝分布规律。

墩墙混凝土结构水管冷却分析

针对水闸闸墩、渡槽槽壁、地涵边墙、船闸边墙和导流墙等水工墩墙型混凝土结构在施工期经常会防不胜防地出现裂缝的现象,在理论上探讨了这种裂缝产生和扩展的机理,认为墩墙混凝土的基础温差、内外温差和收缩变形是裂缝出现的主要原因,尤其是刚施工不久混凝土墩墙的裂缝主要是由结构内外温差应力和自生体积变形应力所致。因此,施工期采用冷却水管降低墩墙内部温度和减小内外温差是防止裂缝出现的极有效的积极的温控措施之一。借助于水管冷却混凝土温度场的理论严密算法,详细仿真计算分析了某个水闸闸墩施工期的现场水管冷却试验及其温控防裂效果,并给出某些应用水管冷却措施时的建议。