混凝土拱坝建设期通水冷却控制曲线确定方法

摘要

本发明属于大坝安全控制技术领域，具体涉及一种混凝土拱坝建设期通水冷却控制曲线确定方法，实现步骤是：确定浇筑仓降温时间；确定混凝土应力发展过程，要求在最高温度至封拱目标温度阶段强度与应力比值为固定值或线性调整，该值需满足规范要求；采用仿真方法根据应力曲线反算大坝温度变化曲线，该曲线保证在降温过程中强度与应力比值恒定或线性变化；采用该曲线，结合智能通水，实现温度智能控制。本发明避免现在三期通水方式带来的停水阶段温度回升现象，同时减小混凝土温度应力和抗裂安全系数的波动程度，有利于温控防裂控制。

权利要求

1.混凝土拱坝建设期通水冷却控制曲线确定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据大坝混凝土浇筑、封拱进度确定每仓混凝土温度控制时间，即自大坝混凝土浇筑至降低至封拱温度的时间；

(2)根据混凝土强度发展过程及总的温控时间，确定大坝混凝土应力发展过程，要求大坝混凝土在最高温度至封拱目标温度阶段强度与应力比值为固定值或线性调整，该值需满足规范要求；

(3)建立大坝结构有限元模型，采用仿真分析方法，根据应力曲线反算大坝温度变化过程曲线，得到不同结构区域、不同材料分区的温度控制曲线，其中温度曲线保证在混凝土在降温过程中强度与应力比值恒定或线性变化；

(4)采用步骤(3)所得曲线，结合智能通水，可以实现温度智能控制，使得大坝温度持续下降，避免温度回升，同时混凝土抗裂安全风险可控。

说明书

混凝土拱坝建设期通水冷却控制曲线确定方法

技术领域

[0001] 本发明属于大坝安全控制技术领域，具体涉及一种混凝土拱坝建设期通水冷却控制曲线确定方法。

背景技术

[0002] 温控防裂是拱坝建设过程中的重要任务，主要通过多种温控措施来实现。温控措施具体包括混凝土预冷、表面保温、通水冷却等方式。混凝土的预冷指通过对混凝土原材料中的一种或几种材料进行冷却，从而降低浇筑温度进而降低大坝最高温度，在封拱温度一定的情况下，温度荷载和温度应力相应减小。混凝土预冷的措施主要有水冷、风冷、真空汽化等三种。表面保温是防止外界温度倒灌或者表面温差过大有效措施。通水冷却是最主要的温控措施，是在大坝混凝土浇筑过程中，按照一定高程间距和水平间距布置大量冷却水管，通过控制通水水温和流量将热量带出，从而控制混凝土温度变化过程，实现应力控制，达到防裂目标。

[0003] 早期混凝土浇筑只进行一期通水，在混凝土达到一定龄期后，通水降温至封拱温度，进行封拱灌浆，后期逐渐发展为两期通水和三期通水。其中一期冷却主要用于削减混凝土水化热形成的温度峰值，中期通水防止温度回升并进一步降低温度，二期通水在接缝灌浆前，主要目的在于将混凝土温度降低至封拱温度，目前高拱坝建设基本都采用这种模式。但这种方式在温度控制上存在不足，尤其在两期冷却中间停水控温阶段，易产生温度回升，要保持温度在恒定水平上难度很大，导致后期温降幅度加大；同时应力曲线不光滑，存在较大波动，混凝土抗裂安全系数互高忽低，对通水冷却和防裂安全不利，需要进一步改进。

[0004] 刘有志等在专利中提出的理想温控曲线是运用有限元仿真分析方法，在已有规范及温控实践经验的基础上，研究各种坝型的温度场、温度应力分布规律，通过仿真计算获取不同部位、不同材料分区、不同季节浇筑的混凝土的理想温控曲线模型，其中理想温控曲线模型在同等温控标准条件下温度应力最小。因大坝混凝土温度应力影响因素众多，包括结构特征、约束程度、浇筑温度、保温措施、通水布置、材料发热量值及快慢、环境情况等，每仓每个部位温度应力均不相同，要得到温度应力最小的理想温控曲线模型十分困难，实用性不强。

发明内容

[0005] 针对上述通水冷却控制曲线存在的不足，本发明提供一种实用的、易于实现智能控制的通水冷却控制曲线，解决现有三段式应力和安全系数波动大、温度易回升问题。

[0006] 具体的技术方案为：

[0007] 混凝土拱坝建设期通水冷却控制曲线确定方法，包括以下步骤：

[0008] 1、根据大坝混凝土浇筑、封拱进度确定每仓混凝土温度控制时间，即自大坝混凝土浇筑至降低至封拱温度的时间；

[0009] 2、根据混凝土强度发展过程及总的温控时间，确定大坝混凝土应力发展过程，要求大坝混凝土在最高温度至封拱目标温度阶段强度与应力比值为固定值或线性调整，该值需满足规范要求，一般在1.8以上；

[0010] 3、建立大坝结构有限元模型，采用仿真分析方法，根据应力曲线反算大坝温度变化过程曲线，得到不同结构区域、不同材料分区的温度控制曲线，其中温度曲线保证在混凝土在降温过程中强度与应力比值(即抗裂安全系数)恒定或线性变化。

[0011] 4、采用该曲线，结合智能通水，可以实现温度智能控制，使得大坝温度持续下降，避免温度回升，同时混凝土抗裂安全风险可控。

[0012] 步骤2中根据应力变化曲线反算温度控制曲线，也可直接拟定温度变化曲线，通过试算方式或其他方式确定应力变化曲线，使满足抗裂安全系数基本恒定。

[0013] 本发明有益效果是：

[0014] 本发明避免现在通用三期通水方式带来的停水阶段温度回升现象，同时减小混凝土温度应力和抗裂安全系数的波动程度，保持基本稳定，有利于温控防裂控制。

附图说明

[0015] 图1是本发明混凝土强度与应力发展曲线；

[0016] 图2是本发明混凝土应力发展与温控控制曲线。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图所示对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

[0018] 这种混凝土温度控制曲线，是在规范及现有实践经验基础上，确定降温时间及抗裂安全系数；

[0019] 降温时间一般在90～120d之间，根据大坝混凝土浇筑、封拱进度等确定。在某些坝段可缩短至50d左右，在坝体底部约束区可能延长至200d左右；

[0020] 抗裂安全系数早龄期即最高温度时取2.0，封拱温度时取1.8，中期龄期按照龄期线性插值确定；

[0021] 根据大坝混凝土强度发展过程和上述确定的安全系数，确定混凝土应力发展过程曲线，如图1；

[0022] 温度控制曲线包括最高温度、封拱温度和冷却时间，其中最高温度、封拱温度主要取决于基础温差，通过规范或者数值分析得到；冷却时间根据上述降温时间确定；另外大坝混凝土初始温度即浇筑温度根据最高温度、混凝土绝热温升以及冷却水管埋设、初期通水情况等确定；

[0023] 通过上述混凝土应力发展过程，结合温度控制曲线最高温度、封拱温度及冷却时间，采用有限元仿真分析方法，反算得到不同部位、不同材料分区的混凝土温度控制曲线，如图2；

[0024] 基于上述温度控制曲线，采用仿真分析方法，计算得到大坝混凝土不同部位、不同材料分区、不同季节等相配套的冷却水管布置方式、冷却通水水温、冷却通水水量等。