[发明专利]大体积混凝土基础温差应力和上下层温差应力估算方法

说明书

本发明提供一种大体积混凝土基础温差应力和上下层温差应力估算方法。依据混凝土最高温度、混凝土弹性模量、浇筑块长度、基础弹性模量、通水冷却情况，如一期二期通水冷却、一期通水冷却及不通水冷却等多项因素，分别对基础温差应力和上下层温差应力进行综合全面的估算。采用朱伯芳院士总结的典型的混凝土热力学参数及工程常用的通水冷却措施，并利用有限元计算方法对估算结果进行验证。估算结果较现有的估算方法更为准确、合理，可应用于实际的工程中，对工程实践进行科学的指导，提高工程质量。

技术领域

本发明涉及一种大体积混凝土基础温差应力和上下层温差应力估算方法，属于水利水电技术领域。

背景技术

基础温差应力和上下层温差应力是混凝土坝温度控制的重要指标。基础温差一般指基础约束范围内混凝土最高温度和稳定温度之差，当坝块结构高宽比小于0.5或在基础约束范围内长期间歇的浇筑块或基础弹性模量与混凝土弹性模量相差较大时，应对基础允许温差进行论证。降低基础温差最有效的方法是降低浇筑温度或坝内通水冷却，如尽量利用低温季节浇筑基础部分混凝土，以减小基础温差。上下层温差指在老混凝土上面(龄期超过28d)上下各L/4范围内，上层混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层实际平均温度之差，上下层温差的产生有两种情况：一是混凝土浇筑温度年变化引起的上下层温差，在没有预冷骨料等特殊温度控制的条件下，混凝土浇筑温度随着气温而变化，因此混凝土最高温度也随着气温而变化，夏季温度高，冬季温度低；二是老混凝土上浇筑新混凝土时的上下层温差，停歇很久的老混凝土，水化热已散失完毕，温度较低，在它上面浇筑新混凝土，新老混凝土之间可能形成比较大的温差，而且温度梯度较大，由于老混凝土的弹性模量往往超过岩基的弹性模量，这种情况下，上下层温差产生的拉应力有可能超过基岩约束引起的拉应力，从而产生裂缝，可采取降低浇筑温度、仓面保温等措施降低上下层温差。

根据现有的研究成果，坝体混凝土最大应力估算相关的因素主要包括最高温度、坝块的长度和混凝土的性质(常态混凝土或碾压混凝土)，且应力和坝块长度的关系需要通过查询图的方式得到。基础温差计算中，一般情况下，混凝土的温度峰值先降低到浇筑时的基础温度，再由浇筑时的基础温度降低到准稳定温度；而混凝土的温度峰值降低到浇筑时的基础温度时单位温度形成的应力和基础温度降低到准稳定温度时单位温度形成的应力差别很大，需要分别考虑。

另外，研究表明，大坝最大应力和通水过程有着密切的关系，在通水冷却和未通水冷却两种情况下，单位温降形成的拉应力差别较大，而现有技术未考虑通水冷却影响因素和且未精确基础弹性模量的影响因素，应力估算结果存在误差。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种大体积混凝土基础温差应力和上下层温差应力估算方法，综合混凝土最高温度、混凝土弹性模量、浇筑块长度、基础弹性模量、通水冷却等多项因素，对基础温差应力和上下层温差应力进行估算，估算结果更为准确合理。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大体积混凝土基础温差应力估算方法，

考虑一期和二期通水冷却，二期冷却结束时，混凝土应力计算方法为：

其中：A₁为水化热温差影响系数；A₂为浇筑温度差影响系数；E₁为二期冷却中期时混凝土的弹性模量；E₂为二期冷却结束时混凝土的弹性模量；α为线膨胀系数；ΔT_r为水化热温差，此处为最高温度和浇筑温度的温差；ΔT_p为浇筑温度差，此处为浇筑温度和二期冷结束时温度的差值；ΔG为等效混凝土自身体积变形；

不考虑二期通水冷却时，混凝土达到稳定温度时混凝土应力计算方法为：