温度对氧化镁混凝土应力补偿效应影响分析.pdf

第 1 0期 2 0 1 4年 1 0月 广东水利水 电 GU ANGD0NC W AT E R RE S 0UR CE S AN D HYD ROP OWER N【 ) 1 0 0c t 2 01 4 温度对氧化镁混凝土应力补偿效应影响分析 王 琼 ( 广 O l1 市水务规 划勘测设计研 究院，广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要：氧化镁混凝土自生体积变形与温度和历时有关。采用 A P D L语言编制考虑氧化镁混凝土 自身体积变形的温度应 力场仿真计算程序，通过对比分析探讨温度对氧化镁混凝土温度应力补偿效应的影响。计算结果可为实际工程仿真计算 提 供一定的参考依据 。 关 键词 ： 氧化镁 混凝 土 ；自生体积 变形 ；温度 ；A P D L 中图分类号 ：T V 3 1 5 文献标志码 ：A 文章编 号 ：1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 0 6 30 3 氧化镁混凝土延迟 的微膨胀 自生体积变形能够部 分抵消混凝土在降温过程 中的收缩变形 ，从而将混凝 土收缩变形控制在极限范 围内，减小温度拉应力的产 生 ，起到温度应力补偿 的作用。氧化镁混凝土特殊 的温度应力补偿效应可 以在一定程度上简化传统温控 措施 ，从而加快施工进度 ，节约工程成本。 自二 十世 纪七十年代在 白山重力拱坝 中发现氧化镁混凝 土较好 地补偿 收缩 变形 的效果 ，经过几 十年 的探索 和发展 ， 氧化镁筑坝技术已成功应用于青溪 、飞来峡 、龙潭等 多项水利水电工程 中 。 氧化镁混凝土 自生 体积变形与 温度和历 时有关 ， 是一个复杂的变化过程。在 大体积混凝土仿真中 ，通 常为了简化计算 ，往往忽略温度对 自生体积变形 的影 响。本文运用“ 表格插值法 ” 考虑氧化镁混凝 土随温度 和时间变化 的体积变形过 程 ，通过 A N S Y S自带 的 A P D L语言编制考虑 白生体积变形温度和历 时效应 的 温度应力场仿真计算程序 ，通过仿真计算及对 比分析 探讨温度对氧化镁混凝土应力补偿效应的影响。 25 n 2 0 0 ：1 5 O o o 蛙 5 0 O 1 仿真计算程序 本文 以 大 型有 限元 软件 A N S Y S为 平 台 ，运 用 A N S Y S自带的 A P D L ( A N S Y S参数化设计语言 ) 编制相 应温度场和应力场仿真计算程序 ，首先计算出温度场， 再将温度场结果带人进行应力场计算 。 目前 ，混凝土 温控 仿 真 计 算 已较 为 成 熟 ，整 个 计 算 过 程 可 通 过 A P D L自动实现。 与普通混凝土温度应力场仿真计算相 比，氧化镁 混凝土温度应力场仿真计算 的关键 在于对氧化镁混凝 土 自生体积变形的描述。李承木等 学者进行了长达 1 0年及 2 0年 的外掺和 内含氧化镁 混凝土试 验观测 ， 根据试验结果 ( 见 图 1 ) ，氧化镁混凝土 自生体积变形 满 足 ： 1 ) 7 ： 0时， ( )= 0； 2 ) r 一时， 皇 ： 0 ； d r 3 )T= C时， ( tr ) 为 r 的单调递增 函数 ； 4 ) ( ) 随 的增力 而增力 口 。 40 0 6 0 0 龄期， d 7 5 0 r， = 4 0 7 3 O 7 T_ 2 0 图 1 氧化镁混凝 土 自生体 积变形长期试验观测结果 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 7 2 9 ；修 回 日期 ：2 0 1 4 0 91 5 作者简介：工琼( 1 9 8 8 ) ，女，硕士，工程师，主要从事水工设计工作。 6 3 2 0 1 4年 1 0月 第 1 0期 王琼 ：温度对氧化镁混凝土应力补偿效应影响分析 N o 1 0 O c t 2 0 1 4 根据氧化镁混凝土 自生体积 变形 长期试验规律 ， 学者们提出了多种 自生体积变形计算模型 ，包括指数 函数型模型 、双 曲线模型 、动力学模 型 、以 及“ 表格插值法” 等。本文选用“ 表格插值” 法 ，将 白生 体积变形随温度和时间的变化做成表数组 ，在应力计 算过程中通过判断混凝土龄期和温度进行自身体积变 形插值计算 ： 1 )判断节点 ： ： l： DO， J ， 1， N DNUM， 1 NDX( J )：ND N D=N D N E X T ( N D) ENDDO 2 )确定混凝土龄期 T DAY=IT J Z( L AYE R) 3 )确定混凝土温度 ：l： DI M ， W D， T ABL E， N1， N2， 1， T， ND ， TREAD， W D ， ，wd t x t , 0， WD( I ， N D) ) 4 )自生体积变形插值计算 T V( J )=B X( T D A Y， WD( I ， N D) ) A L P X BFCUM ， TEMP， ADD， 1， 0 B F， N D， T E MP， T V ( J ) 2 氧化镁混凝土温度历 时效应分析 2 1 仿真计算模型及基本条件 图 2为平面有 限元计算模型，模型长宽 为 3 0 m 1 5 m，共分 5个浇筑层 ，点 1和点 2为混凝土内部点。 假设混凝土于 4月份开始浇筑 ，浇筑温度设为 1 3 ， 采用 1 3冷却水 进行一 期冷却 ，流量 为 0 8 m h ， 持续 2 5 d 。混凝土热力学参数见表 1 。 点2 点 1 表 1 混凝土热 力学参数 图 2 有 限元计算模型及应力取点示意 龄期 抗压强度 R ， MP a 轴托 强度 R MP a 弹性模 量 1 0 MP a 极限拉伸值 s 1 0 抗裂安全系数 K ， 绝热温升 0 o 导热系数 A k J ( m h ) 导温系数 n ( N I 。 h ) 容 重 y ( k g in。 “ ) 比热 c k J ( k g ) 线膨胀系数 口 (1 0 ) 热交换系数 k J ( m h 泊松比 基岩弹模X1 0 MP a 2 7 8 3 4 2 2 4 3 O 2 8 3 2 1 0 4 1 1 7 1 8 0 ( r )= 2 5 5 ( 3 1 8 5+ ) 9 3 1 2 0 0 0 3 5 9 2 4 0 0 1 08 0 6 8 9 5 8 3 7 2 0 1 7 2 5 6 4 考虑通水冷却作用 ，预估混凝土温度变化范 围约 在 1 5 3 0 ，故不考虑温度影响效应 时，选取 2 0 条件下 自生体积变形资料 ，用来代表整个变温过程 中的自生体积变形。根据 自生体积变形变化过程 ，将 其拟合为下述复合指数 函数式 ： F= 6 3 4 1 1 一e x p (一 0 0 0 0 0 0 6 4 4 r 。 ) 一 3 0 9 9 5 1 一e x p (一 0 2 1 7 7 。 ) X 1 0 拟合相关系数高达 0 9 9 。 考虑 自生体积 变形 温度影 响 时，直接 采用 文献 1 长期试验所得资料。 2 2 仿真计算结果 图 3 、图 4为 2种计算模型应力仿真计算结果对 比，模型 1 不 考虑温度效应 ，模型 2考虑温度效应 ， 其中模型 1 一点 1表示采用模型 1 计算时 1点的应力 。 2 0 1 4年 l 0月 第 1 0期 广 东水 利水 电 1 0 8 0 6 0 4 芝 0 2 0 0 2 0 4 0 6 - 0 8 O -4 0 2 0 一 02 一0 4 06 -08 图 3 由图 3图 4可以看到 ： 1 )2种模型应力变化基本规律一致 ：混凝土浇筑 后 ，由于水化热作用迅速温升膨胀 ，产生压应力 ，而 后在通水冷却作用下降温收缩 ，收缩变形抵 消膨胀变 形 ，继而产生拉应力。 2 )是否考虑温度影响效应各点的应力变化趋势基 本一致 ，但对 比可 以看到 ，考虑温度影响效应时 ，前 期应力稍大 ，且应力变化过程中波动更为 明显 ，主要 是因为各点温度不 同，通过插值得到的 自生体积变形 也不相 同，各点变形差异引起应力相对剧烈 的变化。 3 )是否考虑温度对 自生体积变形影响对温度应力 结果有影响，但是通过对 比也 可以看到 ，在选取合适 温度条件下，是否考虑温度对 自生体积变形影响对温 度应力影响并不是很大 ，本文 中 2种模型各点应力差 值最大约为 0 1 2 MP a 。 3结论 1 )氧化镁混凝 土 自生体积变形 与温度 和历 时有 关 ，是否考虑温度对 自生体积变形影响 ，混凝土应力 变化趋势一致 ，只是考虑温度影响效应时 ，前期应力 稍大，应力变化波动更为剧烈 。 2 )本文结果可为实际工程仿真计算提供参考 ：在 混凝土温度变化范 围不是很大 的前提条件下 ，可 以适 当选择某一温度条件下 的 自身体积变形用来代替整个 变温过程中的变形。 参考文献 ： 1 李承木氧化镁混凝土 自生体积变形的长期试验研究成 果 J 水力发电学报 ，1 9 9 9 ( 2 ) ：1 1 2 0 2 曹泽生，徐锦华氧化镁混凝土筑坝技术 M 北京 ：中 国电力出版社 ，2 0 0 3 3 梅明荣掺氧化镁微膨胀混凝土结构的温度应力及其有 效应力法 D 南京，河海大学，2 0 0 5 4 朱伯芳微膨胀混凝土 自生体积变形的计算模型和试验 方法 J 水利学报，2 0 0 2 ( 1 2 ) ：1 8 2 1 5 杨光华 ，袁明道氧化镁微膨胀混凝土自生体积变形的 双曲线模型 j 水力发电学报 ，2 0 0 4，2 3 ( 4 ) ：3 8 4 4 6 李少鹏考虑变温影响的氧化镁混凝土自生体积变形计 算 J 广东水利水电，2 0 0 3 ，4 ( 2 ) ：4 7 7 张国新，陈显明，杜丽惠氧化镁混凝土膨胀的动力学 模型 J 水利水电技术，2 0 0 4，3 5 ( 9 ) ：8 8 9 1 ( 本文责任编辑王瑞兰) ( 下转第 7 l页) 6 5 O 加 意 m 对 力 龄点 加 意 烁 对 力 舳 憾 应 朗 2 龄 点 4 图 加 2 0 1 4年 1 0月 第 l 0期 曹三顺 。等 ：乐昌峡水 利枢 纽工程建设机电关键技术 N o 1 0 0 c t 2 0 1 4 5结语 乐昌峡水利枢纽工程以“ 优质工程 、精 品工程” 为 建设 目标 ，在机电专业设计 、设备选型和安装工艺等 方面进行 了一些大胆有益 的探索和创新 。基 于总控模 式 的大型水利工程项 目管理模式研究 与应用 ，在工程 建设管理模式上进行了研究 ，应用效果 良好 ；通过巧 选 吊装设备和工艺，解决交叉施工和 吊装中碰 到的问 题 ，大大缩短 了工期 ；通过广泛调研 、机组等主设备 优化设计和圆筒阀应用 ，保证 电站主设备稳定可靠和 安全运行 ；自动化 、信息化系统高起点高标准设计和 建设 ，为枢纽现代化管理提供技术支撑。这些技术可 供同类型工程建设借鉴参考。 参考文献 ： 1 吕志涛，刘平架桥机快速吊装弧形闸门技术应用 J 广东水利水电，2 0 1 2 ( 1 2 ) ：1 1 9 2 郑海英，晏政乐昌峡水利枢纽液压启闭机电气控制系 统 J 广东水利水电，2 0 1 2 ( 1 ) ：1 2 71 2 9 3 晏政 ，郑海英双比例阀在乐昌峡水利枢纽工程液压系 统中的 应用 J 广 东水 利水 电，2 0 1 2( 1 2 ) ：1 2 5 1 2 6， 1 41 4 刘平 ，乐育生集中布置型筒形阀控制系统技术交底书 z ，乐昌：广东省乐昌峡水利枢纽管理处，2 0 1 3 5 曹三顺 ，黄善和，刘平基于总控模式的大型水利枢纽 _丁程项 目管理系统研究与应用 J 广东水利水电，2 0 1 2 ( 1 2)：5 8 ( 本文责任编辑王瑞 兰) The Ke y Te c hno l o g i e s o f El e c t r o me c ha n i c a l Te c h no l o g y i n L e c h a n g x i a Hy d r o J u n c t i o n En g i n e e r i n g CAO Sa ns hu n，L I U P i n g，L E Yu s h e n g，L I U W e n h u i ，LI N u a n ha n g ( G u a n g d o n g P r o v i n c e L e c h a n g x i a H y d r o - J u n c t i o n P r o j e c t Ma n a g e me n t O ffic e ， L e c h a n g 5 1 2 2 0 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： C o n s t r u c t i n g t h e h i g h q u a l i t y p r o j e c t a n d p e r f e c t p r o j e c t a r e t h e a i m s o f L e c h a n g x i a H y d r o J u n c t i o n E n g i n e e r i n g T h e d e s i g n o f h y d r o p o w e r s t a t i o n i s a c c o r d i n g t o “ u n a t t e n d e d，f e w p e o p l e o n d u t y ” mo d e I n t h e me c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o n，n e w t e c h n o l o g y，n e w e q u i p me n t ，n e w p r o c e s s a n d n e w ma t e ri a l s a r e u s e d e x t e n s i v e l y Al l t h e s e a r e s o l i d f o u n d a t i o n f o r b u i l d i n g a m o d e r n i z e d w a t e r c o n s e r v a n c y p r o j e c t T h e k e y t e c h n o l o g y o f m e c h a t r o n i c s i n e n g i n e e ri n g c o n s t r u c t i o n p r o c e s s i s s u m m a r i z e d ， i n o r d e r t o p r o v i d e r e f e r e n c e fo r t h e s a m e t y p e p r o j e c t K e y w o r d s ：L e c h a n g x i a Hy d r o J u n c t i o n ； p r o j e c t c o n s t r u c t i o n ； k e y t e c h n o l o g y ( 上接 6 6页) Te mp e r a t u r e Effe c t s o n The r ma l S t r e s s Co mpe n s a t i o n o f M g O Co n c r e t e WA N G Q i o n g ( G u a n g z h o u Wa t e r D e s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Au t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n o f Mg O c o n c r e t e i s r e l a t e d t o t e mp e r a t u r e a n d d u r a t i o n I n t h i s p a p e r ，a s i mu l a t i o n p r o g r a m o n t h e r ma l s t r e s s o f Mg O c o n c r e t e i s ma d e c o n s i d e rin g i t s a u t o g e n o u s v o l u me d e f o r ma t i o n B y s i mu l a t i o n c o mp a r i s o n s ，t h e e f f e c t o f t e mp e r a t u r e o n t h e r ma l s t r e s s c o mp e n s a t i o n o f Mg 0 c o n c r e t e h a s b e e n a n a l y z e d T h e c o n c l u s i o n s c a n b e r e f e r e n c e d b y s i m u l a t i o n s o f a c t u a l p r o j e c t s Ke y wor ds：Mg O c o n c r e t e；a u t o g e no u s v o l u me de f o r ma t i o n；t e mpe r a t u r e；APDL 71