碾压混凝土高拱坝的温控研究与分缝设计
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摘要
随着碾压混凝土筑坝技术的迅速发展，修建性能良好的高坝和拱坝已经成为当前国内外碾压混凝土筑坝技术的一个重要发展方向。碾压混凝土与常规混凝土在温度特性、材料特性、施工方法等方面有很大的不同，但不少学者仍沿用过去研究柱状浇筑常态混凝土坝温度应力的观点和方法，来研究碾压混凝土的温度应力和温度控制问题，致使国内外一些碾压混凝土结构产生了相当多的裂缝。温度应力是碾压混凝土拱坝裂缝的主要原因，因而温度应力、温度控制、分缝设计和温度荷载等方面的研究对碾压混凝土拱坝的发展尤为重要。
本文结合湖北长阳水电开发公司的招徕河水电枢纽碾压混凝土拱坝，主要进行了以下几方面的研究工作：
1．采用仿真方法来模拟施工过程中坝体温度场与应力场的变化，对招徕河碾压混凝土拱坝进行了从施工期至运行期的温度场、徐变应力场分析。
2．提出若干典型的温控方案，分析比较的结果可为碾压混凝土拱坝的温控方案设计提供理论依据。
3．采用诱导缝等效强度模型，对招徕河碾压混凝土分缝拱坝进行了三维非线性结构计算，从而给出了诱导缝布置的一般原则。
4．采用数学模型分析与反分析相结合的方法，对碾压混凝土拱坝温度荷载进行计算，并比较论证了这种新方法具有简单、准确、针对性强的特点。
广西大学硕士学位论文
5.以三个不同高度的碾压混凝土拱坝为例分析计算了诱导缝分缝条
数与温度应力间的关系，拟合了分缝情况下的温度荷载计算公式。
High dam and arch dam is already the aim of RCC dam technique at home and abroad. RCC is differ from general concrete in many ways, such an temperature characteristic, material characteristic, construction and so on , but many engineers study RCC dam equal with concrete dam on thermal stress and temperature-control ,which is the cause of the cracks of many RCC structure . The aim of this dissertation is to study some key problems such as thermal stress, temperature-control, jointing design and temperature load of RCC arch dam.
The following problems are focused on in this paper.
l.In this paper, we try to use ANSYS model the process of the construction of ZhaoLaihe RCC arch dam .The calculation pay attention to the concrete thermal analyses and the thermal-creep-stress, and it will take account into the cement's hydrate heat, the Elastic module, the creep , the variety of air temperature and so on.
2.Some typical schemes on temperature-control are put forward, which
are academic basis for the sign of temperature-control of RCC-Arch dams.
3.In the 3-D non-linear finite analysis of Zhaolaihe RCC arch dam, a crack-equivalence fracture model simulate crack director of RCC arch dam. The analysis advances the principia of the design of crack director.
4.The temperature load of Zhaolaihe RCC arch dam is studied by combining emulating analysis with back analysis. The results prove the new method is simple, exact and specific.
5.The relation of the number of joints and thermal stress is studied with three RCC arch dams ,according to the results ,the formula of thermal stress of RCC arch dams with different joints is proposed.
本文结合湖北长阳水电开发公司的招徕河水电枢纽碾压混凝土拱坝，主要进行了以下几方面的研究工作：
1．采用仿真方法来模拟施工过程中坝体温度场与应力场的变化，对招徕河碾压混凝土拱坝进行了从施工期至运行期的温度场、徐变应力场分析。
2．提出若干典型的温控方案，分析比较的结果可为碾压混凝土拱坝的温控方案设计提供理论依据。
3．采用诱导缝等效强度模型，对招徕河碾压混凝土分缝拱坝进行了三维非线性结构计算，从而给出了诱导缝布置的一般原则。
4．采用数学模型分析与反分析相结合的方法，对碾压混凝土拱坝温度荷载进行计算，并比较论证了这种新方法具有简单、准确、针对性强的特点。
广西大学硕士学位论文
5.以三个不同高度的碾压混凝土拱坝为例分析计算了诱导缝分缝条
数与温度应力间的关系，拟合了分缝情况下的温度荷载计算公式。
High dam and arch dam is already the aim of RCC dam technique at home and abroad. RCC is differ from general concrete in many ways, such an temperature characteristic, material characteristic, construction and so on , but many engineers study RCC dam equal with concrete dam on thermal stress and temperature-control ,which is the cause of the cracks of many RCC structure . The aim of this dissertation is to study some key problems such as thermal stress, temperature-control, jointing design and temperature load of RCC arch dam.
The following problems are focused on in this paper.
l.In this paper, we try to use ANSYS model the process of the construction of ZhaoLaihe RCC arch dam .The calculation pay attention to the concrete thermal analyses and the thermal-creep-stress, and it will take account into the cement's hydrate heat, the Elastic module, the creep , the variety of air temperature and so on.
2.Some typical schemes on temperature-control are put forward, which
are academic basis for the sign of temperature-control of RCC-Arch dams.
3.In the 3-D non-linear finite analysis of Zhaolaihe RCC arch dam, a crack-equivalence fracture model simulate crack director of RCC arch dam. The analysis advances the principia of the design of crack director.
4.The temperature load of Zhaolaihe RCC arch dam is studied by combining emulating analysis with back analysis. The results prove the new method is simple, exact and specific.
5.The relation of the number of joints and thermal stress is studied with three RCC arch dams ,according to the results ,the formula of thermal stress of RCC arch dams with different joints is proposed.
引文
[1] 朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制．中国电力出版社，1999．
[2] 潘家铮主编．水工建筑物的温度控制．水利电力出版社，1990．
[3] 美国肯务局．混凝土坝的冷却．水利电力出版社，1987．
[4] 潘家铮．中国大坝50年．电力出版社，2000．
[5] 汝乃华，姜忠胜．大坝事故与安全·拱坝．中国水利水电出版社，1995．
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[10] 朱伯芳．RCC坝仿真计算非均匀单元的初始条件．水力发电学报，2000(1)．
[11] 朱伯芳．考虑水管冷却效果的混凝土等效热传导方程．水利学报，1991(3)．
[12] 朱伯芳．大体积混凝土非金属水管冷却的降温计算．水利水电技术，1997(6)
[13] 陈里红，傅作新．采用一期水管冷却的混凝土坝施工期数值模拟．河海大学学报，1991(3)
[14] 刘宁，刘光廷．水管冷却效应的有限元子结构模拟技术．水利学报，1997(12)．
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[21] 黄达海．高碾压混凝土拱坝施工过程仿真分析．大连理工大学博士论文．1999．
[22] 张涛，黄达海，王清湘，宋玉普．沙牌碾压混凝土拱坝温度徐变应力仿真计算．水利学报，2000(4)．
[23] 陈里红，傅作新．大体积混凝土结构施工期软化开裂分析．水利学报，1992(3)．
[24] 李荣湘．马杰．大体积混凝土温度场计算的边界元法．水利学报，1991(8)．
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