大体积混凝土结构施工期数值模拟与防裂技术研究

摘要

本文根据燕山水库工程大体积混凝土结构温度开裂与控制问题进行了有限元数值模拟研究。根据闸墩不同分仓、分缝设计，不同施工方案、以及冷却措施和表面保护措施条件对施工期和施工后期闸墩温度开裂问题进行了深入分析。
　　 通过对所有混凝土闸墩在计划施工方案条件下施工期温度应力分析结果，得出以下结论：在燕山闸墩结构施工浇筑计划条件下，结构出现贯穿性裂缝的可能性不大，施工计划方案设计合理；中墩结构施工期表面开裂部位主要分布在分仓施工缝处、与高强混凝土结构交界部位；开裂防护工作的重点是做好关键部位和关键时段的表面防护措施；边墩结构混凝土体积大，内外温差对结构影响很大，主体结构下部表面开裂的可能性较中墩大；边墩结构需要在整个施工期进行表面保温和开裂防护；中墩结构和边墩结构在施工完成后，随着季节温度升高结构局部残余应力将有增大的趋势。
　　 通过对不同分仓高度方案结果对比分析，可以得到如下基本结论：提高分仓高度能够有效降低闸墩主体结构的水平拉应力，降低结构贯穿性开裂风险；分仓高度对闸墩主体结构的下部影响较大，能有效地降低水平拉应力，对中上部影响较小；分仓高度对闸墩主体结构的两侧影响较大，水平拉应力降低显著，对闸墩中部影响较小；分仓高度对闸墩主体结构浇筑初期的拉应力有显著的降低作用；通过闸墩内外温度变化对比结果，表层开裂是闸墩结构开裂的主要形式。
　　 通过对墩施工期冷却水降温措施条件下温度场和应力场计算仿真，得出基本结论如下：冷却水管措施能有效得降低混凝土水化温升，闸墩结构大致的高温峰值降幅可达5度左右；温度仿真计算值与观测温度值吻合较好，计算温度变化比较准确，表明计算模型与参数选取合理，实际温控施工措施执行到位：冷却水管降温措施能有效减小结构温度应力，从总体计算结果来看能消减20％以上的水平受拉残余应力，结构出现危害性裂纹的可能性降低，温控防裂措施效果明显。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究概况

1.2.1 大体积混凝土温控防裂研究现状

1.2.2 大体积混凝土温度场、温度应力场仿真分析研究进展

1.2.3 混凝土水管冷却研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

2 混凝土温度场和应力场基本理论以及工程参数

2.1 温度场与应力场分析基本理论

2.2 工程基本资料

2.2.1 气象条件

2.2.2 混凝土材料参数及相关本构关系

2.2.3 结构设计与材料分区

2.2.4 施工浇筑方案

3 混凝土闸墩结构施工过程分析

3.1 前言

3.2 基本状况

3.2.1 结构布置

3.2.2 闸墩施工浇筑进度

3.3 计算结果分析

3.3.1 5号闸墩温度应力计算

3.3.2 左边闸墩温度应力计算

3.4 本章小结

4 闸墩底板混凝土分仓浇筑方案研究

4.1 分仓高度影响混凝土开裂的机理

4.2 分仓高度影响开裂的计算方案设计

4.2.1 计算时间大气温度分布

4.2.2 计算工况设计

4.2.3 计算计算结果提取位置

4.3 计算结果分析、比较

4.3.1 A区结果汇总

4.3.2 B区结果汇总

4.3.3 C区结果汇总

4.4 闸墩内、外温度应力分析比较

4.5 基本结论

5 闸墩结构冷却水管施工效果分析

5.1 冷却水管降温基本公式

5.2 冷却水管降温措施

5.2.1 冷却水管布置

5.2.2 冷却水管实施措施与仿真计算参数计算

5.3 仿真计算结果

5.3.1 5号闸墩冷却水管措施下温度与应力计算

5.3.2 左边闸墩温度应力计算

5.4 基本结论

6 结论

参考文献

致谢