碾压混凝土拱坝温度应力仿真分析与分缝设计研究

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碾压混凝土拱坝是在近二三十年内得到迅速发展的一种坝型,它结合了混凝土坝在材料上和土石坝在分层施工上的各自优点而形成的具有施工速度快、施工方法简便、建设周期短、工程投资少、大坝运行性能良好。但由于大坝采用大仓面分层碾压,浇筑上升速度快,碾压时形式上已封拱,混凝土的热传导性又极差,在浇筑硬化过程中积聚的大量热量很难在短期内散发,内部非线性温度限制了温降时的自由收缩,将产生温度拉应力,在坝体表面裂缝尖端有应力集中,很可能导致深层裂缝或贯穿裂缝,同时在近基础部位由于基岩的强约束作用,也很可能有基础贯穿裂缝,破坏坝体整体性,而且内外温差引起的裂缝多发生在最关键的拱冠和拱端的高应力区,因此温度应力是碾压混凝土拱坝设计主要应力之一,是防止施工期和运行期裂缝而采取温控防裂措施的主要设计依据,但究竟温度应力有多大,需采取哪些措施来预防和避免这些危害性裂缝,这就要提供可靠的温度应力数据,才能达到正确指导防止裂缝的目的。解决温度应力的主要工程措施是施工过程中的温度控制,为了防止坝体产生危害性的裂缝,降低大坝运行的安全隐患,本文在拱坝设计过程中根据施工过程特点,采用三维有限元计算分析的方法,对拱坝进行深入细致的温度场及温度应力仿真分析,循序渐进地揭示大坝无缝无温控措施、有缝无温控措施、有缝有温控措施等工况下大坝的温度及温度应力状态,发现合理的分缝能减少混凝土内部的相互约束,释放内部应力,根据此结果提出合理的大坝分缝方案,得出相应的温控标准,制定合理的防裂措施,同时为了避免坝体近基础处应力集中的产生,还计算了大坝有限元等效应力。本研究课题以江西省山口岩碾压混凝土拱坝为依托,仿真分析结果显示降低后的大坝温度应力和等效应力满足设计规范要求,可以为工程的设计提供参考并推荐最佳的施工措施及方案。
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