第四节 厂房坝段不同施工进度下温度应力仿真分析

为真实反映水电站厂房复杂施工过程中温度及应力的变化过程，使用非线性有限元仿真分析方法，模拟水电站厂房实际的施工运行过程，即考虑混凝土分层跳仓浇筑方式、入仓温度、浇筑厚度、施工期间歇、混凝土及基础弹模的变化、外界水温及气温的变化、混凝土的自生体积变形及徐变影响等复杂因素，计算出厂房结构任意时刻的温度场和应力场。通过分析不同结构措施和温控措施下厂房的计算成果，确定合理的结构措施和温控措施。

根据给定的2月、5月、8月、11月开工的施工进度，进行全坝全过程仿真分析，根据应力情况确定其温控措施与结构措施。

为确定厂房坝段合理的温控措施和结构分缝措施，首先模拟实际施工过程，混凝土采用自然浇筑方式，仿真分析无结构分缝措施下厂房坝段的温度场和应力场，根据计算成果并参照类似工程经验，选定不同的结构分缝措施和温控措施，通过分析不同措施下仿真计算成果，结合工程实际情况，确定合理的温控措施和结构分缝措施。

一、厂房坝段施工进度1（2月开始浇筑）的仿真分析

厂房坝段2月1日开始浇筑混凝土，第三年6月完工。混凝土采用自然浇筑，在每年5—10月，仓面进行喷雾养护。高程16.00m以下的混凝土浇筑层厚1.5m，间歇5天，平均每20天浇筑一层，高程16.00m以上的混凝土浇筑层厚2.0～3.0m，间歇6天，平均每20天浇筑一层。

图2-8和图2-9为厂房坝段侧面与中面的温度包络图，图2-10～图2-13为厂房坝段侧面与中面的第一主应力与顺河向应力包络图。

图2-8 厂房坝段侧面温度包络图（2月开浇）（单位：℃）

图2-9 厂房坝段中面温度包络图（2月开浇）（单位：℃）

从温度包络图可看出：厂房坝段中面最高温度值与混凝土浇筑时间密切相关，高温季节浇筑的混凝土，由于浇筑温度高，其最高温度值大，在低温季节浇筑的混凝土，最高温度值小。同一季节浇筑的混凝土，距边界越近，散热条件越好，最高温度值越小；距边界越远，最高温度值越大。峡江厂房坝段中面最高温度值超过50℃。

从应力包络图可看出：厂房坝段在高程14.00～20.00m范围内较大部分范围内最大拉应力超过3.0MPa，最大拉应力值超过混凝土抗拉强度，顺河向拉应力的分布情况与第一主应力基本相同，说明坝段顺河向长度过大，超标拉应力主要由顺河向的约束引起。

图2-10 厂房坝段侧面第一主应力包络图（2月开浇）（单位：MPa）

图2-11 厂房坝段外侧面顺河向应力包络图（2月开浇）（单位：MPa）

图2-12 厂房坝段中面第一主应力包络图（2月开浇）（单位：MPa）

图2-13 厂房坝段中面顺河向应力包络图（2月开浇）（单位：MPa）

二、厂房坝段施工进度2（5月开始浇筑）的仿真分析

厂房坝段5月1日开始浇筑混凝土，第三年8月底完工。混凝土采用自然浇筑，在每年5—10月，仓面进行喷雾养护。高程16.00m以下的混凝土浇筑层厚1.5m，间歇5天，平均每20天浇筑一层，高程16.00m以上的混凝土浇筑层厚2.0～3.0m，间歇6天，平均每20天浇筑一层。

图2-14和图2-15为厂房坝段侧面与中面的温度包络图，图2-16～图2-19为厂房坝段侧面与中面的第一主应力与顺河向应力包络图。

从温度包络图可看出：厂房坝段中面最高温度值与混凝土浇筑时间密切相关，高温季节浇筑的混凝土，由于浇筑温度高，其最高温度值大，在低温季节浇筑的混凝土，最高温

图2-14 厂房坝段外侧面温度包络图（5月开浇）（单位：℃）

图2-15 厂房坝段中面温度包络图（5月开浇）（单位：℃）

图2-16 厂房坝段外侧面第一主应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）

图2-17 厂房坝段外侧面顺河向应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）

图2-18 厂房坝段中面第一主应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）

图2-19 厂房坝段中面顺河向应力包络图（5月开浇）（单位：MPa）

度值小。同一季节浇筑的混凝土，距边界越近，散热条件越好，最高温度值越小；距边界越远，最高温度值越大。峡江厂房坝段中面最高温度值超过40℃但小于45℃。

从应力包络图可看出：厂房坝段在高程10.00～16.00m范围内较大部分范围内最大拉应力超过2.5MPa，局部范围内最大拉应力超过2.5MPa，最大拉应力值超过混凝土抗拉强度，顺河向拉应力的分布情况与第一主应力基本相同，说明坝段顺河向长度过大，超标拉应力主要由顺河向的约束引起。

同样，可做厂房坝段施工8月开始浇筑和11月开始浇筑的仿真分析，并得到相应的应力包络图。

三、小结

各种施工进度方案下，假定自然浇筑不采取其他温控措施，厂房坝段高程方向上超过6m的范围内，较大部分混凝土的最大拉应力超过2.5MPa，有的甚至超过3.0MPa，最大拉应力值均超过混凝土允许拉应力，如不采取其他措施，会出现裂缝，对厂房坝段运行安全性产生不利影响，因此采取工程措施是必需的。