司子林水電站混凝土遇寒潮施工保溫仿真研究

1、第44卷第5期2013年3月人民長(zhǎng)江YangtzeRiverVo144No5Mar2013文章編號(hào)：1001—4179(2013)05—0048—04桐子林水電站混凝土遇寒潮施工保溫仿真研究朱桂偉，李洋波，黃達(dá)海(1三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌443002；2北京航空航天大學(xué)土木系，北京100083)摘要：早齡期混凝土遇寒潮時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大內(nèi)外溫差，因寒潮歷時(shí)短，混凝土表面溫度梯度大，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也較大，如不采取保溫措施，可能會(huì)產(chǎn)

2、生表面裂縫。以桐子林水電站河床段(10號(hào)壩段)為研究對(duì)象，利用有限元方法，計(jì)算了在遭遇寒潮襲擊時(shí)各種工況條件下混凝土的溫度和應(yīng)力，為選定施工期混凝土拆模后表面保溫材料提供了依據(jù)。分析結(jié)果表明，選用2em厚的聚乙烯卷材時(shí)，可使混凝土澆筑塊得到有效保護(hù)。關(guān)鍵詞：寒潮；溫度應(yīng)力；表面保護(hù)；大體積混凝土中圖法分類(lèi)號(hào)：TV431文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A大體積混凝土施工階段會(huì)產(chǎn)生各種溫度裂縫，其中表面裂縫尤為常見(jiàn)，因其可以發(fā)展成深層裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐

3、久性，一直為工程界所普遍關(guān)注。對(duì)于低齡期混凝土，表面的溫度梯度過(guò)大是引起開(kāi)裂的主要原因之一。在遭遇寒潮襲擊時(shí)，混凝土表面溫度降低，使其內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差，進(jìn)而產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，當(dāng)超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)便會(huì)開(kāi)裂。由于寒潮歷時(shí)短，混凝土徐變作用小，又增加了產(chǎn)生表面裂縫的可能性。因此，在遇到寒潮襲擊時(shí)，必須對(duì)早齡期混凝土進(jìn)行表面保護(hù)，以防止產(chǎn)生表面裂縫。國(guó)內(nèi)幾乎所有工程，對(duì)早期混凝土均提出了采用保溫措施的建議。很多學(xué)者在這方面也做過(guò)相關(guān)研究。本文以

4、桐子林水電站河床段混凝土為研究對(duì)象，采用課題組開(kāi)發(fā)的仿真分析軟件FZFX3D進(jìn)行仿真計(jì)算，研究?jī)煞N寒潮模式下，遭遇寒潮襲擊時(shí)澆筑塊的溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的差異，最終選定施工期表面保溫的材料和保護(hù)方式，為同類(lèi)工程提供參考。1基本資料和參數(shù)11工程概況桐子林水電站工程樞紐建筑物從左到右由左岸擋水壩、河床式廠房壩段、4孔泄洪閘壩段、導(dǎo)墻壩段、與導(dǎo)流明渠結(jié)合的3孔泄洪閘壩段和右岸擋水壩等建筑物組成。壩頂總長(zhǎng)44043m，最大壩高713m，總裝機(jī)容量4

5、150MW，水庫(kù)正常蓄水位101500m，水庫(kù)總庫(kù)容0912億m，是以發(fā)電為主的水電樞紐工程。泄洪閘共7孑L，包括河床4孔泄洪閘和右岸導(dǎo)流明渠內(nèi)3孔泄洪閘，河床4孔泄洪閘布置于河床右側(cè)，其左與廠房段相連，右接導(dǎo)流明渠。泄洪閘堰頂高程9940m，設(shè)有平板檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)，孔口尺寸為160m210m(寬高)。閘墩中墩厚56m，邊墩厚46m，沿壩軸線方向長(zhǎng)900m，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)600m，最大閘高665m(包括齒槽深度)。閘室下游護(hù)坦高程

6、9700m，長(zhǎng)650m，厚40m。12氣象資料根據(jù)桐子林水電站所在地的氣溫資料，為了便于計(jì)算，采用余弦函數(shù)曲線模擬氣溫公式T=19776XCOS[27r(r一180)／365](1)式中，r，為氣溫，℃；7為時(shí)間，月。設(shè)在齡期遇到寒潮，寒潮期間的氣溫表示為=in[]，r≥7“1(2)式中，p為寒潮降溫歷時(shí)，d。13混凝土材料參數(shù)根據(jù)委托方所給資料，計(jì)算模型混凝土的基本參收稿日期：2012—08—16作者簡(jiǎn)介：朱桂偉，女，碩士研究生，主要

7、從事大體積混凝土溫控方面的研究。E—mail：zhuwei—sy@126eom50人民長(zhǎng)江溫度為月平均水溫)，通水15d，冷卻水流量為320L／min。模型2混凝土為C20，澆筑塊間歇期為7d，15In一層，澆筑時(shí)間為2012年9月1～15日，澆筑溫度為19℃(低溫季節(jié)采用月平均氣溫加4~C，在高溫季節(jié)氣溫超過(guò)19~C時(shí)控制混凝土澆筑溫度為19℃)，水管布置采用15m15m的布置方式，通水溫度為12~(2(月平均水溫高于12℃的，通水溫

8、度為12~C，月平均氣溫低于12~C的，通水溫度為月平均水溫)，通水時(shí)間為15d，冷卻水流量為320L／min。22寒潮模式及計(jì)算工況以三臨空面澆筑塊為研究對(duì)象，分別選取該塊混凝土齡期為第3、7天時(shí)，寒潮來(lái)臨，對(duì)有、無(wú)表面保溫情況下澆筑塊溫度應(yīng)力進(jìn)行比較，太陽(yáng)輻射的影響等效為3℃的大氣溫升。各計(jì)算工況如表3所示。寒潮模式1，2d內(nèi)降溫118cI=，2d內(nèi)恢復(fù)，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為4d；寒潮模式2，4d內(nèi)降溫118qC，4d內(nèi)恢復(fù)，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為8d。

9、表3不同寒潮模式。有無(wú)表面保護(hù)的計(jì)算工況工況保溫材料工況保溫材料俁]11無(wú)71無(wú)212era泡沫卷材812em泡沫卷材315em泡沫板材915cm泡沫板材42無(wú)l02無(wú)522era泡沫卷材1122em泡沫卷材625cm泡沫卷材1225cm泡沫板材注：工況1—6為齡期到第3天時(shí)幕潮來(lái)臨，工況7～12為齡期到第7天時(shí)寒潮來(lái)臨，下同。23仿真計(jì)算結(jié)果及分析無(wú)論是表面裸露還是表面保護(hù)，寒潮來(lái)臨后，混凝土都會(huì)產(chǎn)生不同程度的溫降，但是，表面裸露時(shí)，

10、表面等效放熱系數(shù)大，因此，熱量損失更急劇。對(duì)于混凝土本身，雙面散熱區(qū)域的熱量散發(fā)比單面散熱區(qū)域更充分。231模型1結(jié)果各工況計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4(圖及表中的應(yīng)力均為順?biāo)飨虻膽?yīng)力，下同)，典型工況的點(diǎn)過(guò)程線見(jiàn)圖2、圖3。由圖2、圖3可知，由于閘墩混凝土順?biāo)鞣较虺叽邕h(yuǎn)大于左右岸向尺寸，相應(yīng)的順?biāo)鞣较驊?yīng)力較大(圖中均為順?biāo)飨驊?yīng)力)。遭遇寒潮時(shí)，在順?biāo)鞣较?，雙面放熱點(diǎn)應(yīng)力大于單面放熱點(diǎn)應(yīng)力，在相同的齡期和寒潮模式下，C35混凝土單面點(diǎn)及雙面

11、點(diǎn)的應(yīng)力稍大于C25混凝土對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。根據(jù)C35混凝土遭遇寒潮的齡期及寒潮模式對(duì)比可知，C35混凝土在齡期第7天遭遇寒潮模式時(shí)，雙面散熱點(diǎn)的溫降幅度大，應(yīng)力增幅也較大?；炷帘砻鏌o(wú)保護(hù)時(shí)應(yīng)力最大，最大值出現(xiàn)在混凝土齡期第7天遭遇寒潮模式2的雙面散熱點(diǎn)，其順?biāo)鞣较蜃畲髴?yīng)力為123MPa，發(fā)展至混凝土齡期為l25d，超過(guò)了混凝土的容許應(yīng)力。在用2cm的聚乙烯卷材進(jìn)行表面保護(hù)后，順?biāo)飨虻膽?yīng)力均滿足容許應(yīng)力，建議采用2cm厚的聚乙烯卷材作保溫