某水闸工程混凝土温度控制与防裂研究
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摘要
水闸是水利工程中一种重要的水工建筑物,这种倒T字形结构的体积一般比较庞大,且由于施工和结构上的需要,常常进行大块的浇筑。混凝土结构内部产生大量水化热,将引起很大的温升,这种温升以及随后的降温带来的巨大温度升降变化将产生一系列的结构问题,特别是混凝土的开裂问题。在水闸结构的闸墩与底板上产生了大量的表面裂缝甚至贯穿性裂缝,这不仅破坏了结构的整体性,影响结构的受力状况与稳定,给结构的运行带来不确定性,而且容易导致内部钢筋锈蚀,降低结构的耐久性,有时还会引起渗漏变形,危及基础的稳定性。本文围绕水闸混凝土热力学参数确定、裂缝成因机理、温度场与应力场仿真分析、防裂限裂措施及裂缝补救方法等,作了如下的工作：
(1)在深入分析国内外相关混凝土工程,以及外加剂、掺合料等的发展现状基础上,探讨了水工混凝土裂缝形成的各环节因素和危害性,以及各环节需解决的问题。
(2)分析了水闸裂缝的开裂形式及其成因,指出了水闸的裂缝主要是在早期形成的,而早期裂缝的形成主要是由于混凝土温度变化引起的热胀冷缩和混凝土的自身体积收缩引起的。因此必须采取适当的工程措施,对早期混凝土进行温度控制和表面保温养护,防止裂缝的发生。
(3)阐述了三维不稳定温度场和徐变应力场的基本理论及其有限元计算方法,并运用有限元软件ANSYS进行仿真分析,考虑大气温度以及周围自然环境的变化等,通过单元生死技术对施工过程进行模拟,对混凝土绝热温升、应力等明显地依赖于混凝土龄期的现象也进行了精细的模拟。
(4)通过分析水闸这种倒T形混凝土结构裂缝的成因,分别提出了具有针对性的工程措施,有效地控制混凝土的温度和自身体积的收缩,防止裂缝的产生。
(5)结合某水闸的具体设计、施工情况,通过ANSYS仿真分析,精确模拟了不同工况下混凝土温度场和应力场的变化情况,重点分析了寒潮、高温浇筑、是否设置冷却水管对温度场和应力场的影响。通过对某枢纽工程水闸的温控防裂措施研究,为以后类似工程的温控设计提供参考和指导作用。
Sluice is the important hydraulic structures. Generally, this inverted T-shaped structure is relatively large size, and as a result of construction and structural needs, sluice is often constructed by integral concreting. The internal structure produces a large amount of hydration heat and the temperature will greatly rise. The increase of this temperature and the subsequent huge change of the temperature will produce a series of structural problems, especially concrete cracking. In the sluice of the pier and the floor structure, a large number of surface cracks or cracks in cross-cutting are produced, this not only undermines the integrity of the structure, affects the structure of the force and stability to the structure of the uncertainty brought about by the operation, but also leads to corrosion of internal reinforcement, reduces the durability of the structure, and sometimes cause leakage and endanger the stability of the foundation.
In this paper, the main contents research thermodynamic parameters of concrete, fracture formation mechanism, three-dimensional temperature field and stress field simulation analysis and limiting crack remedial measures and methods. The main aspects are as follows:
(1). Deep analysis on the related concrete projects at home and abroad, as well as the additive and the admixture. At same time, the formation of hydraulic concrete cracks and the different aspects of harm are studied, and the solving measures are also researched.
(2). The cracking forms of sluice and the cracking reasons are researched. It shows the cracks of sluice generate in the early stage. The crack reasons of early period concrete are that the temperature change of concrete cause thermal expansion and cold shrinkage and the volume shrinkage of concrete itself. Therefore, the measures must be adopted to control the tempeture of early concrete and protect the surface of concrete.
(3). The theory of unstable temperature field and creep stress field are described, and the theory of finite element method (FEM) is also introducted. ANSYS software is used to analyze the temperature field of sluice on the condition of the temperature change of natural environment. at same time, the construction proceed is simulated by birth-death element arithmetic
(4)The engineering measures are given based on analyzing the reasons of generating crack in the T-shape sluice. The measures controll the concrete temperature and concrete shrinkage and prevent generating the crack.
(5)Combining certain sluice design with construction, numerical simulation analysis is used to calculate the temperature field and stress field in the different working conditions. the temperature field and stress field are emphatically analyzes in the cold wave, high temperature and whether or not setting cooling water pipe. According to researching the temperature control and crack prevention measures of certain sluice project, providing references and guides for the future design of similar projects in the temperature control.
(1)在深入分析国内外相关混凝土工程,以及外加剂、掺合料等的发展现状基础上,探讨了水工混凝土裂缝形成的各环节因素和危害性,以及各环节需解决的问题。
(2)分析了水闸裂缝的开裂形式及其成因,指出了水闸的裂缝主要是在早期形成的,而早期裂缝的形成主要是由于混凝土温度变化引起的热胀冷缩和混凝土的自身体积收缩引起的。因此必须采取适当的工程措施,对早期混凝土进行温度控制和表面保温养护,防止裂缝的发生。
(3)阐述了三维不稳定温度场和徐变应力场的基本理论及其有限元计算方法,并运用有限元软件ANSYS进行仿真分析,考虑大气温度以及周围自然环境的变化等,通过单元生死技术对施工过程进行模拟,对混凝土绝热温升、应力等明显地依赖于混凝土龄期的现象也进行了精细的模拟。
(4)通过分析水闸这种倒T形混凝土结构裂缝的成因,分别提出了具有针对性的工程措施,有效地控制混凝土的温度和自身体积的收缩,防止裂缝的产生。
(5)结合某水闸的具体设计、施工情况,通过ANSYS仿真分析,精确模拟了不同工况下混凝土温度场和应力场的变化情况,重点分析了寒潮、高温浇筑、是否设置冷却水管对温度场和应力场的影响。通过对某枢纽工程水闸的温控防裂措施研究,为以后类似工程的温控设计提供参考和指导作用。
Sluice is the important hydraulic structures. Generally, this inverted T-shaped structure is relatively large size, and as a result of construction and structural needs, sluice is often constructed by integral concreting. The internal structure produces a large amount of hydration heat and the temperature will greatly rise. The increase of this temperature and the subsequent huge change of the temperature will produce a series of structural problems, especially concrete cracking. In the sluice of the pier and the floor structure, a large number of surface cracks or cracks in cross-cutting are produced, this not only undermines the integrity of the structure, affects the structure of the force and stability to the structure of the uncertainty brought about by the operation, but also leads to corrosion of internal reinforcement, reduces the durability of the structure, and sometimes cause leakage and endanger the stability of the foundation.
In this paper, the main contents research thermodynamic parameters of concrete, fracture formation mechanism, three-dimensional temperature field and stress field simulation analysis and limiting crack remedial measures and methods. The main aspects are as follows:
(1). Deep analysis on the related concrete projects at home and abroad, as well as the additive and the admixture. At same time, the formation of hydraulic concrete cracks and the different aspects of harm are studied, and the solving measures are also researched.
(2). The cracking forms of sluice and the cracking reasons are researched. It shows the cracks of sluice generate in the early stage. The crack reasons of early period concrete are that the temperature change of concrete cause thermal expansion and cold shrinkage and the volume shrinkage of concrete itself. Therefore, the measures must be adopted to control the tempeture of early concrete and protect the surface of concrete.
(3). The theory of unstable temperature field and creep stress field are described, and the theory of finite element method (FEM) is also introducted. ANSYS software is used to analyze the temperature field of sluice on the condition of the temperature change of natural environment. at same time, the construction proceed is simulated by birth-death element arithmetic
(4)The engineering measures are given based on analyzing the reasons of generating crack in the T-shape sluice. The measures controll the concrete temperature and concrete shrinkage and prevent generating the crack.
(5)Combining certain sluice design with construction, numerical simulation analysis is used to calculate the temperature field and stress field in the different working conditions. the temperature field and stress field are emphatically analyzes in the cold wave, high temperature and whether or not setting cooling water pipe. According to researching the temperature control and crack prevention measures of certain sluice project, providing references and guides for the future design of similar projects in the temperature control.
引文
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