水电站大坝混凝土温度计算与控制.pdf
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1、第 3 0卷第 1 0期 2 0 0 8年 1 0月 华 电技 术 Hua d i a n Te c hn o l o g y V0 1 3 0 No 1 0 0e t 2 0 08 水电站大坝混凝土温度计算与控制 Ca l c u l a t i o n a n d c o n t r o l o f t he d a m c o n c r e t e t e mp e r a t u r e i n h y d r o p o we r s t a t i o n 胡卫华 , 庞 崇林 , 胡俊 HU We i h u a ,P A NG C h o n g l i n ,HU J u
2、n ( 1 南方电网公司曲靖供电局 , 云南 曲靖6 5 5 0 0 0 ; 2 中国水利水电第十四工程局科研设计院, 云南 昆明6 5 0 0 4 1 ) ( 1 Q u j i n g P o w e r S u p p l y B u r e a u , C h i n a S o u t h e r n P o w e r G r i d C o r p o r a t i o n ,Q u j i n g 6 5 5 0 0 0 ,C h i n a ; 2 I n s t i t u t e o f C h i n a Wa t e r C o n s e n a n c y a
3、n d H y d r o p o w e r E n g i n e e r i n g B u r e a u N o 1 4 , K u n mi n g 6 5 0 0 4 1 ,C h i n a ) 摘要: 块泽河电站大坝为现浇混凝土单曲高拱坝, 由于水泥水化热, 内部温度上升, 在一定约束条件下会产 生较大的拉应力, 导致混凝土产生裂缝, 影响坝体工程质量。对大坝混凝土温度场进行了详细的计算和分 析 , 提 出了相应的混凝土温控措施 。 关键词 : 温度 场计算 ; 温度控 制 ; 块泽 河电站 大坝 中图分类号: T V 6 9 8 2 3 1 文献标志码: A 文章编号: 1
4、 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 8 ) 1 00 0 3 7 0 4 Ab s t r a c t : T h e d a m o f Ku a i z e h e Hy d r o p o w e r S t a t i o n i s s i n g l e c u r v e d,h i g h a r c h c a s t o n p l a c e c o n c r e t e d a mT h e t e m p e r a t u r e i n s i d e t h e d a m b o d y w i l l r a i s e d u e t o t h
5、 e c o n c r e t e h y d r a t i o n h e a t U n d e r c e r t a i n c o n s t r a i n t c o n d i t i o n , t he g r e a t e r e x p a n s i o n s t r e s s wi l l o c c u r du e t o t he h i g he r t e mpe r a t u r e,a n d t h i s l e a d t o c r e a t e t he c r a c k i n c o n c r e t e, t h e
6、d a m e n g i n e e r i n g q u a l i t y wi l l b e i n fl u e n c e d I n t h i s p a p e r ,t h e d a m c o n c r e t e t e mp e r a t u r e fi e l d wa s c a l c u l a t e d a n d a n a l y z e d i n d e t a i l ,a n d r e l e v a n t c o n c r e t e t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r
7、 e s we r e p r o p o s e d Ke y wo r d s : t e mp e r a t u r e fi e l d c a l c u l a t i o n;t e mp e r a t u r e c o n t r o l ;t h e d a m o f Ku a i z e h e Hy d r o p o w e r S t a t i o n 0 引言 块泽河 电站 大坝位于云南省 富源县境 内, 为现 浇混凝土单曲拱坝 , 高 9 4 I l l , 基础底宽 4 0 I n , 坝体底 宽2 0 In, 顶宽 5 IT I , 顶长 1 0 0
8、 1 9 m, 宽高比为1 :0 1 6 , 属薄 拱 坝。坝 底 到 坝 顶 高程 为 1 4 9 51 5 8 4 n l , E L 1 5 2 0 i n 以下设计为 C 2 5混凝土 , E L 1 5 2 0以上设 计为 C 2 0混凝土。坝体分为 4个坝段 , 设有 3条横 缝 , 混凝土总量约 7 5万 I l l 。 一 般来说 , 混凝土在浇筑后 , 由于水泥水化热 , 内部温度上升 , 在一定约束条件下会产生较 大的拉 应力 , 导致混凝土产生裂缝 , 影响坝体工程质量 。因 此 , 需对大坝混凝土温度进行研究并采取相应 的控 制措施 1 坝体温度场计算与分析 1 1 稳
9、定温度场计算 从严格意义上讲 , 薄拱坝只存在准稳定温度场 , 收稿 日期 : 2 0 0 8 0 7 0 7 但拱坝稳定温度是确定运行期 温度荷载 、 封拱灌浆 时机及施工期控制基础混凝 土温差 , 防止贯穿裂缝 的重要依据 , 因此 , 需进行坝体稳定温度场的分析 。 1 1 1 边界条件 ( 1 ) 上游坝前水库水温。水库库表年平 均水温 取 1 6 8 ; 库底年平均水温取 1 0 7 ; 不 同深度 的 年平均水温按下式计算 t ( )=c+( t bc )e 一 。 , c= ( t dt bg ) ( 1一g ) , g e 一 。 式中: t ( Y )为水深 Y I ll处年
10、平均水温 , o C; t 为表 面年平均水温 , o C; t 为库底年平均水温 , o c; h为水 库深度 , m。 ( 2 ) 下游水垫塘水面以上坝面温度 。坝体下游 面位于水垫塘水 面以上 的混凝 土表 面年平均温度 , 受年平均气温和 日照影响 , 按下式计算 t =t + = 1 5 1+3 0 = 1 8 1 ( ) , 式中: 为混凝土表面平均温度 ; t a m 为年平均气温 , t =1 5 1 o C; A t 为 E t 照引起的年平均温度增量 , 根 3 8 华电技术 第 3 0卷 据工程经验 , 取 3 O C。 ( 3 ) 坝基 面温度。坝基面的温度按上下游坝趾
11、 和坝踵水温, 中间呈直线变化为坝体建基面温度。 ( 4 ) 下游尾水水温。取 1 3 O C。 1 1 2 计算方法及成果 坝体稳定温度场应满足拉普拉斯方程 垂+ 垂+ 垂: 0 1 0 1 I 1 一 u a a v a 式中, 为混凝土温度 , 。 计算采用平面有限元( 三角形) 单元分析方法, 在微机上实现。根据计算成果整理的典型坝段稳定 温度场分布图如图 1所示 。 1 8 1 1 8 l 。 1 3 0 1 3 O 1 2 不稳定温度场计算 1 2 1 计算方法 混凝土浇筑 以后 , 由于水 泥水化热的散发和受 边界温度的影响, 坝体各浇筑层的温度随着时间不 断变化 , 因此 ,
12、需要确定各时期坝块的温度分布。 不稳定温度场满足热传导方程 O t 0 2 t 0 、 O 0 I + + J + 。 混凝土与空气接触按第 3 类边界条件考虑 一 A ) = ( _ - ) , 、 a , 式 中: 为混凝土温度 , ; 7为时间 , h ; n为导温系 数 , m h ; , Y , 为各 向坐标 ;0为水 化热 绝 热 温 升 , ; A为 混凝土导热系数 , k J ( m h o C) ; 为混凝土表面放热 系数 , k J ( m 。 h 。 C) ; t 为空 气温度 , 。 不稳定温度场采用平面有 限元分析方法进行计 算 , 计算剖面及边界示意图如图2所示。根
13、据热量平 衡原理, 将计算剖面从中央断面处取一半计算, 并视 中央断面为绝热边界。取混凝土外 9 m、 深 1 0 1 1 1 的地 基参与计算, 地基除基岩暴露 面为 3类边界外 , 其余 各边为绝热边界 。混凝土顶面及侧表面为 3类边界 ( 顶面若流水则为 1类边界) , 顶面无保护 、 侧面无保 护或钢模 , 热交换系数 J8取 6 4 0 k J ( 1 T I h ) 。 图 1 典型坝段稳定温度场 用平均法进行拱坝坝体稳定温度 的计算 , 经计 算 , 典型坝段稳定温度见表 i 。 表 1 典型坝段稳定温度计算成果表 绝热边界 约束 区范 围 坝体稳定温度 ( 00 , 2 ) (
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