白石碾压混凝土重力坝预留缝的研究及应用.pdf

水 利 学 报 2003 年09 月 SHUILI XUEBAO 第9 期 文章编号：0559-9350 (2003) 09-0107-05 白石碾压混凝土重力坝预留缝的研究与应用 王成山，韩国城，吕和祥 (大连理工大学 土木工程系，辽宁 大连 116024) 摘要：为防止大坝产生裂缝，对辽宁省白石水库碾压混凝土重力坝采用预留缝的防裂措施。挡水坝段越冬层面上、 下游面附近两处设置水平预留缝，溢流坝反弧段表面设置铅直预留缝。用限元法对预留缝的扩展和坝体沿预留缝的 稳定性进行了仿真分析。原型观测结果表明，预留缝开度符合规律，此措施有效。 关键词：碾压混凝土；大坝；预留缝 中图分类号：TV642.2 文献标识码：A 1 问题的提出 位于辽宁省北票市境内的白石碾压混凝土重力坝，最大坝高 50.3m。对白石碾压混凝土坝进行的温度 应力仿真分析表明，坝体越冬层面的上、下游面附近及溢流坝堰面反弧段表面有明显的局部应力集中现象。 在已采取表面保温防护的条件下，挡水坝段上、下游面施工期最大主拉应力分别为2.24MPa、4.59MPa；溢 流坝堰面反弧段表面最大主拉应力达到 6.06MPa，拉应力超过混凝土容许拉应力。研究决定在挡水坝段越 冬层面的上、下游侧设置水平表面预留缝，在溢流坝反弧段设置铅直表面预留缝，以期达到应力释放和重 分布，防止坝面开裂。作者针对工程采用的预留缝方案进行了考虑裂缝扩展的温度应力有限元仿真分析， 计算详细计入混凝土的热学、物理力学性能、浇筑温度、外气温和边界保温条件以及坝体混凝土升程过程， 分别考虑了水压、自重、温度、自生体积变形及徐变等荷载作用。 2 预留缝的设置及温度应力仿真分析 2.1 典型坝段的选择 本次计算选择27# # 挡水坝段及11 溢流坝段作为典型坝段(见图1、图2)。 图1 白石27#挡水坝段剖面 图2 白石11#溢流坝段剖面 收稿日期：2002-07-10 基金项目：辽宁省科技基金重点资助项目(9423021) 作者简介：王成山(1962-)，男，辽宁人，高级工程师，主要研究方向为水工结构工程。 107 水 利 学 报 2003 年09 月 SHUILI XUEBAO 第9 期 2.2 预留缝的设置 在挡水坝段上游面110.75m 高程设置1m 深水平预留缝，内设两道水平止水，缝端设 开口PVC 管及限裂钢筋。下游面 112.25m 高程设置3m 深水平预留缝，坝内缝端设开口PVC 管。在溢流坝 堰面反弧段设表面纵向铅直预留缝，坝内缝端在碾压混凝土顶部并设置水平限裂钢筋，堰面缝端设置止水 与大坝横缝止水连接，预留缝设置方式见图3。 2.3 考虑裂缝扩展的温度应力有限元仿真分析 2.3.1 不稳定温度场的显式解法 二维不稳定温度场的热传导方程为 ∂T ∂2 T ∂2 T  ∂θ a + + (1) ∂τ ∂x 2 ∂y 2  ∂τ 对第一类边界条件 T=Tb (2) 对第三类边界条件 ∂T