專利名稱：特高拱壩懸臂高度的個性化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水工結(jié)構(gòu)中特高拱壩的懸臂高度控制方法，特別是涉及特高拱壩懸臂高度的個性化控制分析方法。
背景技術(shù)：
目前，在我國西南部地區(qū)，多座300m級特高混凝土拱壩正在蓬勃興建中，由此也帶來了諸多亟待解決的新問題。其中，施工期懸臂高度控制就成為特高拱壩建設(shè)中重點關(guān)注的問題之一。在高拱壩施工期，相鄰壩段一般設(shè)置若干橫縫，將壩體分割成柱狀澆筑塊，當(dāng)壩體冷卻至規(guī)定溫度后進行接縫灌漿，從而使大壩形成整體。在橫縫未接縫灌漿前，單壩段澆筑塊的受力狀態(tài)如同懸臂梁。隨著壩體不斷澆筑上升，未接縫灌漿高度超過一定值后，在壩體 拉應(yīng)力，且應(yīng)力值有超過大壩應(yīng)力設(shè)計值的可能性?，F(xiàn)今國內(nèi)混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范中，都還未有明確條文規(guī)定、或者分項給出適用于不同特點及類型的特高拱壩的懸臂高度控制允許值。目前，在各個特高拱壩的實際施工控制方案中，設(shè)計單位對于各種不同特點的特高拱壩、各不同拱壩的不同壩段以及不同灌區(qū)，大都采用統(tǒng)一的、單一允許懸臂高度控制值的思路，而在特高拱壩實際施工過程中，由于不同形式拱壩、同一拱壩的不同壩段、同一壩段的不同高程相對應(yīng)的混凝土都具有其自身個性特點，其澆筑形象、澆筑時間、溫度變化、冷卻條件等不同，導(dǎo)致各個不同拱壩的各個單個壩段的受力狀態(tài)不盡相同，若采用統(tǒng)一值進行全部壩段的懸臂高度控制，勢必會影響全壩的施工進程。所以，在特高拱壩施工期，實行個性化的懸臂高度控制則更具工程意義及科學(xué)意義。對于施工期的特高拱壩分壩段分高程的個性化懸臂高度控制，目前國內(nèi)外研究都未涉及。實現(xiàn)個性化懸臂高度控制，并使其在實踐中進一步得到檢驗，對豐富特高壩設(shè)計理論及施工方法，就具有重要的工程意義。本發(fā)明從加快施工進度、優(yōu)化施工工序、實現(xiàn)精細化控制施工的目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合工程實際情況，提出特高拱壩懸臂高度個性化控制的概念。即在特高拱壩施工期，鑒于不同拱壩、同一拱壩的不同壩段、同一壩段的不同高程的自身個性特點，實行分壩段分高程的個性化的懸臂高度允許值控制指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)不同拱壩、同一拱壩的不同壩段、同一壩段的不同高程的自身個性特點，實行分壩段分高程的個性化的懸臂高度允許值控制方法。分壩段分高程個性化懸臂高度控制方法，所述方法包括(I)、對于每個不同的壩段i，按不同接縫灌漿進程η分成不同工況Skpij ；(2)、對于每個工況St?。?，通過單元生死技術(shù)模擬每倉混凝土不斷上升至大壩封拱高度的過程，期間不考慮接縫灌漿，即從第η灌區(qū)已接縫灌漿開始澆筑到拱壩頂部，單壩段都為懸臂結(jié)構(gòu)；(3)、按不同應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)或取定不同抗裂安全系數(shù)，得到該壩段該高程情況下的懸臂高度允許值；(4)、重復(fù)以上步奏，就可得到不同壩段、不同高程情況下的懸臂高度允許值；其中i=l，m;m為壩段號，i和m都為自然數(shù)；η代表該灌區(qū)及其以下已完成接縫灌漿，η > 1，η為自然數(shù)；j = l，n;j 為自然數(shù)。本發(fā)明采用數(shù)值方法，特別是三維有限元方法，根據(jù)擬定的特高拱壩施工組織方案，模擬每倉混凝土澆筑過程中的溫度應(yīng)力荷載、自重荷載、自生體積變形荷載、徐變荷載 等的逐步疊加作用。為實現(xiàn)分壩段分高程個性化懸臂高度控制的分析，對于每個不同的壩段，按不同接縫灌漿進程分成不同工況。對于每個工況，通過單元生死技術(shù)模擬每倉混凝土不斷上升至大壩封拱高度的過程，期間不考慮接縫灌漿，即從第η (η > I)灌區(qū)已接縫灌漿開始澆筑到拱壩頂部，單壩段都為懸臂結(jié)構(gòu)。當(dāng)給定某一應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)后，就可對應(yīng)得到該壩段該高程情況下的懸臂高度允許值。重復(fù)以上步奏，就可得到不同壩段、不同高程情況下的懸臂高度控制值。仿真計算采用通用大型非線性計算程序MSC. Marc，采用Fortran語言對其熱力學(xué)接口進行二次開發(fā)，編制了考慮雙層水管冷卻效果的溫度場模擬子程序。應(yīng)力仿真考慮彈性模量隨時間的增長和徐變。壩體周圍地基部分采用三向固定約束；為簡化計算，接縫灌漿后壩體橫縫面近似按水平約束處理。(I)混凝土絕熱溫升采用指數(shù)型經(jīng)驗公式計算混凝土的絕熱溫升T= Θ 0X (l-e_mt)(I) 式中t為混凝土齡期(d ) ; Θ ^為混凝土的最終絕熱溫升值(°C ) ; T表示齡期t天時混凝土的絕熱溫升值(°C) ;m表示混凝土的水化熱放熱系數(shù)。混凝土及基巖的熱力學(xué)相關(guān)參數(shù)的取值見表I。表I混凝土及基巖的熱力學(xué)參數(shù)取值
權(quán)利要求
1.一種分壩段分高程個性化懸臂高度控制方法，所述方法包括 (1)、對于每個不同的壩段i，按不同接縫灌漿進程η分成不同工況Stepij； (2)、對于每個工況st?。?，通過單元生死技術(shù)模擬每倉混凝土不斷上升至大壩封拱高度的過程，期間不考慮接縫灌漿，即從第η灌區(qū)已接縫灌漿開始澆筑到拱壩頂部，單壩段都為懸臂結(jié)構(gòu)； (3)、按不同應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)或取定不同抗裂安全系數(shù)，得到該壩段該高程情況下的懸臂高度允許值； (4)、重復(fù)以上步驟，得到不同壩段、不同高程情況下的懸臂高度允許值； 其中為壩段號； η代表該灌區(qū)及其以下已完成接縫灌漿，n^l；j = I，η。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，步驟(3)采用的方法如下 根據(jù)不同壩段不同灌區(qū)灌漿后的懸臂高度與最大主應(yīng)力極值的關(guān)系，按不同應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)或取定不同應(yīng)力安全系數(shù)，查到相應(yīng)的該壩段該高程懸臂高度允許值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，采用三維有限元方法，根據(jù)拱壩施工組織方案，模擬拱壩的每倉混凝土澆筑過程中的包括溫度應(yīng)力荷載、自重荷載、自生體積變形荷載和徐變荷載的逐步疊加作用，根據(jù)三維有限元計算結(jié)果，給出不同壩段不同灌區(qū)灌漿后的懸臂高度與最大主應(yīng)力極值的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，模擬方法為 模擬計算采用通用大型非線性計算程序MSC. Marc，采用Fortran語言對其熱力學(xué)接口進行二次開發(fā)，編制考慮雙層水管冷卻效果的溫度場模擬子程序，應(yīng)力模擬考慮彈性模量隨時間的增長和徐變，壩體周圍地基部分采用三向固定約束，接縫灌漿后壩體橫縫面近似按水平約束處理； (1)混凝土絕熱溫升 采用指數(shù)型經(jīng)驗公式計算混凝土的絕熱溫升T= Θ0Χ (l-e_mt) 式中t為混凝土齡期，單位d; Qtl為混凝土的最終絕熱溫升值，單位°C ^表示齡期t天時混凝土的絕熱溫升值，單位。C ;m表示混凝土的水化熱放熱系數(shù)； (2)混凝土彈模 考慮混凝土彈性模量隨齡期的變化，采用指數(shù)型式表達E=E0X (l-e_at) 式中=Eci表示混凝土的最終彈性模量,單位MPa ;a表示彈模增長的速率參數(shù),a = O. I ；E表示齡期t天時混凝土的彈性模量值，單位MPa ； (3)混凝土徐變度
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，完成接縫灌漿區(qū)域按整體考慮，未完成部分按懸臂梁考慮。
全文摘要
特高拱壩懸臂高度個性化控制方法，涉及一種利用三維數(shù)值方法求解指導(dǎo)，并配合實際施工要求，以對混凝土拱壩懸臂高度進行個性化控制的方法。本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步考慮了不同拱壩、同一拱壩的不同壩段、同一壩段的不同高程的自身個性特點，通過三維有限元方法，實現(xiàn)了對特高拱壩懸臂高度個性化的控制。該種控制方法有利于優(yōu)化施工進度，從而進一步縮短高壩施工工期，按計劃實現(xiàn)壩體擋水渡汛及預(yù)期發(fā)電等關(guān)鍵目標(biāo)。
文檔編號E02B7/12GK102808395SQ201210301478
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者李慶斌, 林鵬, 管俊峰, 胡昱, 周紹武, 李炳峰, 李仁江 申請人:清華大學(xué), 中國長江三峽集團公司