基于混凝土水化热效应的高地温水工隧洞衬砌结构温控防裂研究

为分析高地温水工隧洞衬砌结构温度应力特性,基于拉普拉斯变换推导出衬砌结构瞬态温度场的解析解,并借助弹性抗力法推导出衬砌结构的弹性温度应力分量。依托新疆布伦口水电站监测数据对衬砌结构瞬态温度场及应力场进行计算分析,并采用抗拉强度准则和裂缝尖端强度因子对衬砌结构破坏进行分析,提出合理的温控防裂措施。结果表明:1)衬砌温度场前期整体温度迅速上升,在第7天左右达到最大值,其中衬砌内壁温度可达到37℃,外壁温度可达到56℃。2)衬砌结构外墙环向应力可达到2.2 MPa,体现为拉应力状态;径向应力可达到2.7 MPa,呈现为压应力状态。3)衬砌结构强度的破坏主要受温度及结构本身稳定性2方面影响,可通过采用低热水泥、控制混凝土的入模温度以及严格监控施工过程来提高衬砌的稳定性。其中,采用低热水泥可降低衬砌结构的温升值,混凝土的最终水化热每降低50 k J/kg,衬砌结构内外壁的温差可降低1.85℃左右;适当提高入模温度可缩短水化热的放热周期及降低衬砌内外壁温差。

跨缝钢筋对大型水工隧洞衬砌温控防裂的影响

隧洞衬砌结构,厚度薄,轴向尺寸长,受围岩约束,是典型的薄壁强约束结构。衬砌施工缝处钢筋不切断,跨缝钢筋的作用增强了衬砌约束,增加了衬砌混凝土的温度裂缝控制的难度。结合滇中引水工程隧洞衬砌施工,采用大体积混凝土结构温控仿真分析软件,研究施工缝端跨缝钢筋不同自由长度下,混凝土衬砌的温度应力场和开裂风险。研究表明,随着跨缝钢筋自由长度的减小,衬砌受跨缝钢筋约束逐渐增强,衬砌内部最大第一主应力普遍增加;跨缝钢筋主要是影响衬砌顺水流向的正应力,对最大主应力方向接近顺水流向的仰拱边侧部位混凝土衬砌的最大第一主应力影响最大,变幅达1.24MPa;衬砌顺水流向正应力大幅增加,衬砌在底板处易产生垂直水流向裂缝;跨缝钢筋自由长度越小,衬砌最小抗裂安全度越小,开裂风险越大。研究成果为滇中引水隧洞工程衬砌施工缝处跨缝钢筋处理提供了参考意见。

低温季节泵送混凝土结构施工期温控防裂研究

低温季节施工时针对泵闸等结构泵送混凝土防冻与防裂的技术难题,以SYG工程为例,结合工程实际施工过程及现场温控监测成果进行大体积泵送混凝土温控防裂反馈分析;对比分析了不通水工况与实际通水工况下的应力曲线与混凝土容许拉应力曲线,并结合现场温控过程中存在的主要问题探讨了低温季节下泵闸工程的温控防裂技术.结果表明,在-8℃的较低温度下,采取充分的水管冷却和严格的表面保温措施可有效控制结构内部最高温度、内外温差以及最大拉应力水平,减小水闸结构开裂风险.本工程温控实践经验可为类似条件下的泵闸工程提供参考.

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。

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。

“边浇边灌”快速施工条件下拱坝温控防裂研究

混凝土拱坝建设周期较长,温控要求严格;但有时为缩短工期,会采用“边浇边灌”方式,即上部浇筑新坝块的同时,下部老坝块进行灌浆封拱。由此产生的难题是上部一期冷却和下部二期冷却同步进行,温度梯度控制难度更大。为研究此工况下合理的温控方法,以在建拱坝为依托,建立三维有限元计算模型,对比分析浇完再灌方案和不同边浇边灌方案下坝体的温度及应力情况。结果表明,边浇边灌工况需要更为严格且精细的温控措施才能确保拱坝防裂安全,通过采用长时间缓慢的一期冷却、尽早开展缓慢的二期冷却、增设第三期冷却形成合理的温度梯度,以及加强表面保温等措施,可有效控制坝体拉应力。研究结果适用于拱坝快速施工。

新川沙泵闸大体积混凝土底板温控防裂施工技术研究

本文围绕新川沙泵闸大体积混凝土底板的温控防裂施工技术展开深入研究。首先介绍了大体积混凝土裂缝产生的几类典型原因。接着,详细阐述了温控防裂施工技术的原理、应用场景以及优势,包括浇筑方案设计、有限元数值模拟,混凝土配合比优化、温控措施、浇筑和养护等多个施工工艺技术。通过对新川沙泵闸工程底板浇筑效果以及是实测数据的分析,验证了数值模拟结合通水降温等温控防裂施工技术的有效性和实用性。最后,总结了温控防裂施工技术在新川沙泵闸大体积混凝土施工中的成功经验,可为类似大体积混凝土浇筑温控防裂技术研究提供参考。

路桥工程下部结构大体积混凝土温控防裂施工技术应用要点研究

为防止温度应力、混凝土收缩等引起的裂缝,保障混凝土施工质量,结合贵州省六枝至安龙高速公路第7合同段花江峡谷大桥5#主墩承台施工实例,对其机械设备部署、温控计算、冷却水管调节、表面保温、温度监测等措施进行了整理和探究,为路桥工程下部结构大体积混凝土施工温控防裂提供参考。

风电机组基础混凝土温控防裂影响因素研究

随着风电场的大规模建设,大型风电机组基础混凝土的温度裂缝问题逐渐显著。为探究各影响因素对基础混凝土温控防裂的影响规律,研究以圆形扩展式风机基础为模型,基于ANSYS及其提供的UPFs用户可编程特性进行二次开发,对温度应力场进行仿真模拟计算,并通过敏感性分析判断不同因素对混凝土温度裂缝产生的影响。计算结果表明,风机基础表面和中心部位易产生温度裂缝;基础最高温度对绝热温升最为敏感;表面和内部最大应力对绝热温升、弹性模量和线膨胀系数较为敏感。因此,可通过改变上述3个混凝土的参数取值来控制基础的温度应力场,以减少表面和内部裂缝的产生。

温升抑制剂对施工期渡槽温控防裂影响的有限元分析

由水化反应导致的非均匀温度场,在受到结构自身约束时,将会产生较大的温度应力和温度裂缝。本文主要研究水化热温升抑制剂作为一种潜在的、便捷的、经济的渡槽温控外加剂的可行性。通过拟合不同温升抑制剂掺量的混凝土热力学试验数据,建立渡槽有限元模型,模拟施工期渡槽温度场和应力场。研究发现,当温升抑制剂掺量为胶凝材料质量的0.6%时,渡槽的温度和应力峰值明显降低,降低幅度分别25.3%和26.0%,具有很好的温度控制防裂效果。而当温升抑制剂掺量较少时,温控防裂效果较差。随着结构厚度的增加,温升抑制剂降低温度峰值的效果逐渐降低,但仍超过20.0%,应力峰值降低幅度均超过26.0%。随着结构长度的增加,温升抑制剂降低应力峰值的效果有逐渐增加的趋势。

施工期碾压混凝土大坝温控防裂分析

高原区由于温差较大、气候影响严重且受日照时间长,混凝土坝建设面临严峻挑战,针对某高原地区碾压混凝土坝水电站建设温控防裂难题,采用仿真模拟利用常规混凝土温控防裂措施如混凝土浇筑温度、混凝土冷却方式、冷却水管布设等进行组合,给出5个施工方案,可为高原区碾压混凝土坝安全建设提供思路。结果表明,增加中期冷却对降低混凝土温度减小最大应力最为显著,减小浇筑温度及减小水冷水管间距同样是高原区混凝土坝温控防裂的有效措施。最后对本工程温控措施给出相应施工标准,可根据具体工程实际调整,该方法可为同类型建设工程提供理论参考。

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。

混凝土坝温控防裂智能监控系统及其工程应用

阐述了混凝土坝智能监控的基本理念,即通过成套的仪器设备和软件系统,实现施工信息的实时采集、实时传输、自动管理、自动评价、仿真与预测分析、风险实时评价与预警、反馈实时自动控制等,可以为混凝土坝的施工质量监控提供一种新的途径。本文还针对混凝土坝温控施工的难题,介绍了笔者所在的研究团队研发的混凝土坝温控防裂智能监控系统,结合鲁地拉工程提出了智能监控系统服务于混凝土温控防裂的应用模式,可在同类工程中推广。

薄壁混凝土结构施工期温控防裂研究

针对施工期薄壁混凝土结构易开裂的问题,阐述了裂缝成因和开裂机理,提出了相应的防止措施.认为薄壁混凝土结构早期的内外温差,后期基础温差是这类裂缝产生的主要原因,而表面保温和内部水管降温的温控防裂措施是防止这类裂缝的有效措施.结合混凝土温度场应力场的基本原理和水管冷却的精确算法,通过三维有限单元法对某大型渡槽施工期混凝土结构在该温控防裂措施下的温度场和应力场进行仿真计算,结果显示该防裂措施效果良好,对类似工程具有一定的参考价值.

泵站进水流道混凝土施工期温控防裂研究

大型泵站流道部分结构复杂且厚薄不均,其施工期混凝土开裂问题尤为突出.结合南水北调洪泽泵站工程,借助于有限单元法,对高温季节浇筑的泵站肘形进水流道混凝土施工期的温度场及应力场进行了动态仿真,在分析进水流道的易裂部位和开裂机理的基础上,提出有效防裂措施,包括控制浇筑温度在28℃以内,同时采用塑料管冷却及拆模后的表面保温措施.现场实际施工结果表明:仿真结果合理、防裂方法有效可行.

墩墙混凝土结构施工期温控防裂

针对施工期墩墙混凝土结构易开裂的问题,阐述了裂缝成因和开裂机理,提出了相应的防止措施。认为墩墙混凝土结构早期的内外温差,后期基础温差是这类裂缝产生的主要原因,而表面保温和内部水管降温的温控防裂措施是防止这类裂缝的有效措施。通过三维有限单元法对某大闸施工期混凝土在该温控防裂措施下温度场和应力场的仿真计算,结果显示该防裂措施效果良好,对类似工程具有一定的参考价值。

龙滩高RCC重力坝夏季不同浇筑温度的温控防裂研究

根据龙滩RCC重力坝的设计情况和施工组织计划 ,采用非均质层合单元的三维有限元仿真模拟大坝的施工及运行过程 ,计算夏季采用不同浇筑温度时典型溢流坝段的温度场和应力场。计算结果表明 ,当夏季浇筑温度为自然浇筑温度时 ,龙滩大坝出现贯穿性裂缝将在所难免 ;如果降低夏季的浇筑温度 ,可明显地降低混凝土的最高温升和拉应力 ;当浇筑温度控制在 16℃左右时 ,基本能满足大坝的温控防裂要求 。

寒潮作用下大型水闸施工期温控防裂仿真分析

针对大型混凝土水闸因体积庞大进行寒潮影响下的温控防裂仿真计算时精度较低的问题,提出了子母模型联合反馈修正算法,有限元计算过程中在空间上和时间上进行加密,每完成一次子模型的计算,将结果反馈至母模型。于曹闸工程实例分析表明:5℃及10℃温差区间寒潮冷击对结构表面温度影响较大,对内部影响较小,导致表面开裂,采取适当保温措施即可防裂;该计算结果可满足工程要求,提高了计算速度,证明了算法的合理性。

混凝土坝温控防裂要点的探讨

本文提出了特高拱坝和碾压混凝土重力坝的温控要点:特高拱坝除按规范要求严格控制基础温差外,更要树立温度梯度控制的理念,按照"小温差、慢冷却、全过程保护"的要求减小上下层温差和内外温差;碾压混凝土重力坝在做好表面保护的前提下可适当放宽对基础温差的控制要求。按照信息采集与传输、信息管理、仿真分析、预警预报、自动控制等五个环节建立混凝土坝防裂智能监控系统,对混凝土坝温控施工全过程进行监控,为温控防裂施工的"可知、可控"提供技术手段,是未来施工管理的一个发展方向。

新型超长底板水闸混凝土结构施工期温控防裂研究

在一般常态混凝土薄壁结构开裂机理的基础上,针对一种具有超长底板的新型水闸混凝土结构,采用混凝土温度场和应力场算法以及水管冷却的精细算法,对其进行了施工仿真计算.计算结果和初步工程实践表明内部水管降温和表面保温的综合措施对于防止长底板开裂是有效的,对今后类似工程有重要的参考价值.