[发明专利]一种不分缝堆石混凝土拱坝等效封拱温度确定方法

说明书

本发明提供一种不分缝堆石混凝土拱坝等效封拱温度确定方法，确定大坝坝体堆石和自密实混凝土材料的参数及堆石率；混凝土浇筑过程，环境温度、自密实混凝土入仓温度、保温保湿措施；堆石混凝土入仓温度确定；堆石混凝土绝热温升确定；堆石混凝土弹性模量和线胀系数确定；建立大坝结构模型；仿真计算大坝温度场和应力场变化过程，得到不同浇筑时刻温度应力分布状态；对某一高度范围内的浇筑仓各温度时刻全部或某些典型断面拱向应力进行积分，以应力为0的时刻为封拱时刻，将该时刻对应的浇筑仓温度加和平均，得到大坝等效封拱温度。本发明通过明确堆石混凝土拱坝等效封拱温度，为不设横缝堆石混凝土拱坝设计和安全评估提供依据。

技术领域

本发明属拱坝建筑技术领域，具体涉及一种不分缝堆石混凝土拱坝等效封拱温度确定方法。

背景技术

拱坝为超静定结构，温度荷载对其结构应力和安全具有显著影响。为控制拱坝拱向温度应力避免产生温度裂缝，常规方法是在坝体中设置横缝，在混凝土浇筑和冷却温度变化剧烈阶段，使温度应力处于低水平状态，整体拱向拉应力基本为0。在坝体温度冷却至封拱温度后，通过灌浆连接坝段形成整坝。拱坝封拱温度一般根据坝址区的年平均气温、上游水库水温、下游水温和地温分析确定，一般约等于或略低于坝址区年平均温度。大坝运行期温度应力由运行期温度-封拱温度这一温差确定。

在拱坝建设过程中，设置横缝和通水冷却会影响施工进度、加大筑坝成本，为解决上述问题，近年来推出应用低水化热筑坝材料筑坝方式，如堆石混凝土拱坝、胶凝砂砾石拱坝、低热水泥混凝土拱坝等。这些筑坝材料水化热低，温度变幅小，在中小型拱坝中可以不设横缝并取消冷却水管，整体浇筑，明显加快施工进度，降低筑坝成本。但在大坝设计和工作性态评估中，需要采用规范规定的拱梁分载法计算温度应力，其中温升温降荷载需要根据运行期温度和封拱温度确定，但拱坝不设横缝并取消冷却水管后，已不存在传统意义上的封拱温度，温度荷载缺乏确定依据。

对于无横缝碾压混凝土拱坝，封拱温度普遍采用施工过程中最高平均温度。过于保守，未考虑温升阶段压应力储备，使得大坝建设不经济，在堆石混凝土拱坝中使用，也存在同样问题。

不设横缝、整体上升的砌石拱坝，一般根据温控措施和施工期平均气温选取，常以平均气温以下某一温度值做为封拱温度。砌石拱坝与堆石混凝土拱坝存在较大区别，材料自身几乎不发热，无法应用于堆石混凝土拱坝。

考虑无横缝碾压混凝土拱坝水化热温升产生的压应力作用，将温度应力为0时刻对应的截面平均温度做为各层拱圈封拱温度。具体方法是采用二维温度场差分解法的原理,算出在施工过程中拱冠梁剖面处温度场的变化过程,然后通过增量法求出典型点应力为零的时刻,并将此时拱圈截面的平均温度作为该层拱圈的封拱温度。将无横缝碾压混凝土拱坝各层拱圈的封拱时间定义为:典型点处的碾压混凝土在水化热温升过程中产生的压应力与后期温降作用产生的拉应力恰好抵消的时刻，通过试算，求出各层拱圈典型点温度应力为零的时刻。求出各层拱圈封拱时刻截面的平均温度，就是无横缝碾压混凝土拱坝的封拱温度。该方法存在以下问题：1、温度应力涉及竖向、拱向和径向，该方法以总的温度应力为零时刻做为平均温度并不合适；2、碾压混凝土拱坝入仓温度明确，而堆石混凝土拱坝堆石体与自密实混凝土相差明显，无法直接采用该技术方案确定入仓温度；3、碾压混凝土性质相对均一，采用传统混凝土水化发热过程、混凝土模量变化过程是可行的，而堆石混凝土中堆石体占比达到52～58％左右，自密实混凝土水化发热、弹性模量等早期性质与堆石差异明显，采用传统水化发热过程、模量变化会导致温度、应力与实际存在较大差别，需要明确温度和应力计算方法，无法直接用于堆石混凝土坝；4、简化采用平面应变问题进行分析，主要考虑下部约束条件，对上部约束考虑较少，与真实情况差异较大。

发明内容

本发明提出堆石混凝土拱坝等效封拱温度的确定方法，为不设横缝并取消冷却水管的堆石混凝土拱坝设计和安全评估提供依据。

具体的技术方案为：

一种不分缝堆石混凝土拱坝等效封拱温度确定方法，包括可以下步骤：