江垭水电站碾压混凝土重力坝的温度应力分析.pdf

第35卷第3期华北水利水电大学学报(自然科学版)vo1．35No．32014年6月JournalofNoahChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition)Jun．2014DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2014．03．006江垭水电站碾压混凝土重力坝的温度应力分析李剑，魏克伦(1．娄底市水利水电勘测设计院，湖南娄底417000；2．华北水利水电大学，河南郑州450045)摘要：为研究温度荷载对江垭水电站碾压混凝土重力坝的影响，以其非溢流坝段为研究对象，建立有限元模型，根据江垭水电站的水温、气温、坝体温度、地基温度等监测资料，计算分析了大坝运行期的温度场，研究了大坝在温度场影响下的应力变化规律．研究结果表明：温度荷载对大坝运行有较大影响，但是大坝仍满足规范设计要求；夏季持续高温时，应避免大坝在高水位下运行；冬季持续低温时，应避免大坝在低水位下运行．关键词：江垭水电站；碾压混凝土；重力坝；温度场；温度应力中图分类号：TV642文献标识码：A文章编号：1002—5634(2014)03—0024一O4碾压混凝土坝是将常态混凝土坝和碾压土石坝究大坝的温度应力及分布规律；温度场及温度应力施工的优点进行了融合，采用振动碾压实水泥含量计算分析之后，计算重力坝在结构自重、蓄水压力、比较低的千硬性混凝土筑成的大坝．由于其水泥使尾水压力、温变等荷载下的应力和变形，并研究其分用量小，施工简单且速度快，大坝造价较低，碾压混布规律，为碾压混凝土重力坝的温度控制设计提供凝土坝的应用越来越普遍¨．但是很多碾压混凝土技术依据．坝在运行期间产生不同程度的裂缝，这些裂缝严重1工程概况影响了大坝的运行安全．碾压混凝土坝是大体积混凝土结构，大坝施工期间的水化热以及运行期间的江垭水电站位于湖南省张家界市慈利县江垭镇水温、大气温度会使坝体产生较大的温度应力，温度的淡水河上，装机容量3×10kW，年发电量应力是大坝产生裂缝的主要原因．7．56亿kW·h，年调节水库库容17．41亿m，是湖目前，关于碾压混凝土重力坝的温度场及温度南电网的调频、调峰电站．电站枢纽由大坝、引水系应力研究，多集中在施工过程中的温度控制¨、施统和地下厂房、地面开关站组成．引水系统由进水工期底板应力分析、运营期温度效应分析等方口、引水隧道、尾水调压井、尾水洞组成．进水口设快面。]．在碾压混凝土重力坝的分析中，将与坝体接速门、检修门、拦污栅．设计建基面高程140．0m，坝触的水体、气体和地基的监测温度作为边界条件，施顶高程242．0In，最大坝高128m，坝顶长327m．大加到计算模型上，得到更加接近于工程实际情况的坝为全断面碾压混凝土重力坝．分析结果．关于这方面的研究成果还较少，开展基于2计算模型实测温度边界条件下的碾压混凝土重力坝温度场及温度应力分析具有重要的实际意义．2．1材料性能参数笔者主要采用通用的有限元计算软件ANSYS江垭水电站碾压混凝土重力坝的坝体为混凝土对江垭水电站碾压混凝土重力坝非溢流坝段进行温材料，弹性模量30GPa，泊松比0．167，密度度场、温度应力和结构分析．计算分析中主要考虑温2420kg／m，导热系数231kJ／(m·d·oC)，线膨胀度荷载作用(水温、气温、坝体温度、地基温度)，研系数8．1×10一，比热容0．91kJ／(kg·oC)．收稿日期：2014—03一O5基金项目：河南省教育厅自然科学基础研究计划项目(2010B560009)．作者简介：李剑(198O一)，男，湖南双峰人，工程师，主要从事水利水电工程方面的研究 第35卷第3期李剑，等：江垭水电站碾压混凝土重力坝的温度应力分析27体受拉区主要分布在大坝下游面，其中大坝下游面[2]周建平，钮新强，贾金生．重力坝设计二十年[M]．北水位线附近受拉区范围随着水深的加深而减小．京：中国水利水电出版社，2008．[3]谢祥明，郭磊．高温地区碾压混凝土重力坝的施工期温从图9可以看出，在工况2、工况4、工况6下大度裂缝控制[J]．天津大学学报，2011，44(6)：504坝下游面第一主应力的最大拉应力为4．09MPa，主—510．要分布在大坝下游面靠近坝顶附近，其中大坝下游[4]王焰驹．碾压混凝土重力坝工程中温度控制施工技术面水位线附近第一主应力值随着水深的加深而减[J]．水利技术监督，2014，22(2)：60—62．小．冬季温差作用下，大坝坝顶附近第一主应力较[5]黄养连，黄恩中，郭利霞，等．重力坝底板施工期温度应大，大坝下游面水位线附近第一主应力值小于力仿真[J]．华北水利水电学院学报，2011，32(2)：202MPa，故满足规范要求．—22．[6]刘延涛，许政，徐锋平．碾压混凝土重力坝蓄水时温度4结语和应力的仿真分析[J]．石河子大学学报：自然科学版，江垭水电站碾压混凝土重力坝的温度应力分析2011，29(8)：495—499．[7]袁自立，马福恒，焦延涛．石漫滩碾压混凝土重力坝温表明：大坝设计满足相关规范要求，温度荷载对大坝度效应分析[J]．南水北调与水利科技，2013，11(5)：61的非溢流坝段运行有较大影响，其中冬季温差的影—64．69．响最大；夏季温差作用下，非溢流坝段受拉区随着水[8]王勖成．有限单元法[M]．北京：清华大学出版社，2003．深的加深而增大；冬季温差作用下，非溢流坝段受拉[9]林继镛．水工建筑物[M]．5版．北京：中国水利水电出区随着水深的加深而减小．故夏季持续高温时，应避版社，2009．免大坝在高水位下运行；冬季持续低温时，应避免大[10]薛元琦，张晓飞，白继中．碾压混凝土拱坝温度场和应坝在低水位下运行．力场仿真计算研究[J]．人民黄河，2014，36(1)：100—103，106．[11]水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院．参考文献SL191—2o08水工混凝土结构设计规范[s]．北京：中国水利水电出版社，2008．[1]陈诚，温国利．重力坝设计与施工[M]．北京：中国水利水电出版社，2011．TemperatureStressAnalysisforRCCGravityDamofJiangyaHydropowerStationLIJian，WEIKe．1un(1．LoudiInstituteofSurvey&DesignforWaterConservancyandHydropower，Loudi417000，China；2．NoahChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower，Zhengzhou450045，China)Abstract：Inordertoresearchtheinfluenceoftemperatureloadonrollercompactedconcrete(RCC)gravitydamofJiangyaHydropow·erStation，takingthenon-overflowdamsectionasaresearchobject，adamsectionSfiniteelementmodelisestablished．Basedonmo—nitoringdataofwatertemperature，airtemperature，dambodytemperatureandfoundationtemperatureaboutJiangyaHydropowerSta-tion，thetemperaturefieldofthedamduringoperationperiodiscalculatedandanalyzed，andstressvariationlawofdamunderthein—flueneeoftemperaturefieldisresearched．Theresultsshowthattemperatureloadhasagreatinfluenceonthedamoperation，butdamstillmeetcodedesignrequirements；whenthehightemperatureispersistentinsummer，thedamshouldavoidoperationunderhighwa·terlevel；whenthelowtemperatureispersistentinwinter，thedamshouldavoidoperationunderlowwaterleve1．Keywords：JiangyaHydropowerStation；rollercompactedconcrete；gravitydam；temperaturefield；temperaturestress(责任编辑：陈海涛)