水利枢纽温度应力仿真分析

结构特征点的温度历时曲线见图2。由图2可知，对于A、B等结构内部点温度一般在浇筑后的5～8d达到最大值，相对于表面C点，温度变化明显滞后，且年变幅较小。由于结构孔洞较多，因此整个结构在浇筑完毕后的第2年夏天边界温度呈现出周期性变化的特征。结构在施工期的最高温度除边界附近外大部分在31．0℃以上，较高温度区域位于结构后半部分中上部以及结构顶部，最高温度达41．1℃。预留槽部位由于浇筑温度低，且在低温季节浇筑，因此温度较低，最高温度约为27．0℃；后浇带部位混凝土体积相对较大，最高温度达到36．4℃。3结构温度应力主体混凝土（除后浇带及预留槽部位外）浇筑完毕后1个月，结构较大σx、σy应力基本位于下游流道表面附近，σx最大应力达到2．26MPa，σy最大应力达到1．97MPa。产生拉应力的原因是边界温度降低使表面附近混凝土收缩。结构全部浇筑完毕后1个月，结构的最大应力基本位于底板内部，在上、下游方向各有一个σx应力较大区，最大值分别为2．0、2．4MPa，主要原因是此前底板内部混凝土一直处于降温阶段，使得内部产生顺流向拉应力。从结构最大应力看，除结构边角位置应力较大外，在上游和下游的两个区域顺水流向应力较大，分别为2．3、2．5MPa，在中间后浇带部位应力较小，基本上为压应力。而不设后浇带时［4］，整个结构内部上、下游方向均有较大的拉应力，最大值均超过3．0MPa，且出现大拉应力的范围较大。由此可见，设置后浇带使得结构最大应力及大拉应力区范围都有所减小。需要注意的是，在后浇带部位产生较大的竖向拉应力，最大应力达到3．8MPa，原因是后浇带部位浇筑时，两侧混凝土已经浇筑3个月以上，弹模较高，对新浇混凝土在竖直方向的收缩产生了较大约束作用，从而在竖直方向产生了较大拉应力。

后浇带不同浇筑时间对结构应力的影响设置后浇带后，结构顺水流向的应力有所减小，但在后浇带部位有较大的竖向拉应力。为考虑不同时间浇筑后浇带对结构应力的影响，对10月中旬、11月中旬、12月中旬、1月中旬4个时间开始浇筑后浇带部位进行了计算分析，各浇筑时间相对于元月中旬浇筑时的应力差值见表2，其中D、E、F点分别位于后浇带上游主体混凝土内部、后浇带内部及后浇带下游主体混凝土内部。表2各浇筑时间相对于1月中旬浇筑的应力差值MPa浇筑时间顺水流向应力D点E点F点E点竖向应力10月中旬1．080．971．09－0．6111月中旬0．800．560．71－0．3712月中旬0．430．470．37－0．15注：正值表示增加，负值表示减小。由表2可知，提前浇筑后浇带时主体混凝土与后浇带混凝土温差较小，竖向拉应力有所减小，但会增大后浇带部位以及上、下游主体混凝土中顺水流向拉应力。由于结构内孔洞较多，保温效果较差，对后浇带部位的主体混凝土表面进行保护并不能减小主体混凝土与后浇带混凝土的温差，达到减小该处竖向拉应力的目的，因此应考虑采用其他工程措施，如后浇带中进行初期通水冷却，或者选用低热水泥，降低混凝土绝热温升，削减最高温度峰值，降低降温幅度，从而减小后浇带部位竖向拉应力。5气温骤降对结构应力的影响气温骤降前后，上游底板下方3．5m范围内特征点的温度及应力见图3。由图3可知：13．9℃的气温骤降使得底板混凝土的表面温度降低了11．63℃，在底板表面以下2．0m处的温度变化仅约0．2℃；底板表面σx应力从1．08MPa升高到5．46MPa，增加4．38MPa；底板表面以内约1．7m处，由气温骤降引起的拉应力增大量为0；表面1．7m以下，表面混凝土受拉，在内部产生了一定的压应力，压应力值约为0．3MPa。可以认为，气温骤降使厂房流道底板距表面1m范围的温度应力急剧增大，可能使混凝土表面开裂，因此如有气温骤降发生，应做好必要的保温工作。

（1）设置后浇带后，结构顺流向最大应力及大拉应力区范围有所减小，这为高温季节浇筑混凝土提供了一种新的思路。但由于后浇带浇筑后的降温收缩受到已浇筑的上下游结构的约束，施工后期在后浇带内产生了较大的竖向拉应力，必须采取通水冷却、选用低热水泥等措施削减温度峰值，减小降温幅度，从而减小应力。（2）气温骤降使混凝土表面的温度应力急剧增大，可能使底板混凝土表面开裂，因此如有气温骤降发生，应做好必要的保温工作。

本文作者：石天庆崔建华易祖耀工作单位：河南省电力勘测设计