1长沙理工大学 410000；;2澧水流域水利水电开发有限责任公司 410000
摘要:处于运行期的混凝土坝的温度场及应力场主要受控于温度，尤其是当混凝土坝所处的温度处于一个平稳的周期的温度场。通过使用软件，以及对于温度的调查取证，对于处在运行期的混凝土坎温度场重力坝、应力场、温度场进行有关的计算，研究了在水库温度作用下对于混凝土坝的影响。
关键词:混凝土坝；温度场；温度应力场；运行期；仿真分析；ANSYS
温度是容易使混凝土坝的结构产生形变的原因之一，甚至有时在水坝中它的作用影响比水的作用影响都要大，所以在研究混凝土坝时对于温度的把控要求越来越重视，但是我们的研究大都在前期施工时，在施工期我们有着非常完备的数据去很好的完成工作，但是当水坝正常运营时，会习惯性地不再对其注意，也没有太多的数据可以进行相应的研究。
当混凝土坝处于运行期时，若不对于温度重视的话，会让坝体产生缝隙，也会让一些在施工期就有的小问题产生更大的后果，对混凝土坝产生相应的破损，大大影响其使用寿命，除此之外对于安全问题也有很大的考验。国内很多学者都对温度与运行期混凝土坝产生的缝隙有介绍，如朱伯芳院士。
环境温度，相应材料的热力学参数等相关因素会对处于运行期的混凝土坝的温度场造成很大的影响。在修建混凝土坝时，前期主要是施工时所需注意问题，等到了运营期混凝土坝的温度场主要受周围温度的影响，并且随着周围的温度的变化逐渐成为一个有规律的温度场。而通过记录此时的温度，可以得出温度场和温度应力场。
通过数据的调查研究发现，环境温度、混凝土和基岩的热力学参数使混凝土坝产生缝隙的拉力远远大于所预测的数据，同时也发现，拉力严重超标的原因主要有以下三点：1、没有很好的考虑到温度对与混凝土坝内部结构的影响。2、没有考虑到当有了很小的缝隙时，会有水等物质进行渗透。3、建造坝的各种数据与热力学特性中采用的数值不同。因此，主要研究的就是混凝土重力坝受外界气温和水库水温度的影响的程度。
一、基本材料和仿真
1、气温
我们数据处理中直接使用某地区一年的气象资料，如下表
2、水温
通常情况下，水库的温度都是自下而上逐渐升高，且水库的水温等温面是大致平行的。
在计算水温时，所用表达式如下。
T(x，t）=T„（x）+A（y）cosw（t+t„+E）
T(x，t）表示在水深x处时间为t时的温度
T„（x）表示在水深为x时的温度年变幅
w表示温度变化的圆频率
t表示时间
t„表示气温最高时的时间
E表示相位差
x表示水深
p表示温度变化周期
3、仿真软件
进行仿真计算时，所使用的是软件ANSYS，此软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析一体的大型通用有限元分析软件，是由世界上最大的有限元分析软件公司——美国ANSYS开发。通过求解温度场对结构中应力、应变和位置移动等物理量影响来进行有效分析的。
4、计算模型
得出某混凝土坝重力坝的高度为184米，坝基高度为10米坝段高175米，由此可以得出一个完整的坝段模型。
二、计算结果与分析
1、温度场的计算与分析。通过对温度场的计算与分析可以得到，混凝土坝处于下流5-6米的范围内，上流7-10米的范围内，混凝土坝周围的气温和水温的周期性变化往往随之影响着坝体的温度，而且坝体要达到一个稳定的温度往往需要很长的时间。由此可以看出，在混凝土坝的上部不存在稳定的温度场。
2、应力场计算结果与分析。通过对温度应力场分析以及仿真计算可以得到：当下游坝面的温度处于最低时，其温度应力最大，而且出现最大值的位置是下游暴露在空气中的坝面。
3、选择合适的混凝土材料降低水泥的水化热.如果想要在混凝土内部获得较低的温度，就需要降低每单位体积内混凝土水泥的用量或者所选用的水泥的水化热较低，当然，在降低时不能忽略混凝土强度以免造成隐患。因此，在配制混凝土时，要进行适量的选择，可以选择性掺加减水剂或者粉煤灰等材料，通过对这些材料的选择性使用，可以很好地改变混凝土中水泥含量，对于改善混凝土内部的温度有很大的帮助。
4、加强混凝土的养护。每次在使用大体积的混凝土进行浇灌建筑时，可以在分段浇筑完成后，在混凝土初步凝集之后最终熔化之前进行相应的表面的抹压，使上表面的泌水量降低，并且使用木排对其表面进行反复的按压密实，这样能够有效的消除建筑初期就有的缝隙。还有值得注意的是在温度较低的环境中进行作业时，尤其是冬天，需要注意混凝土的润湿，可以进行相应的加热养护。要注意使用塑料薄膜，并且拥有相应的保温材料，还可以在混凝土最终凝结之后就在其表面及四周进行筑堤，灌注一定量的水分进行保养，将温度控制在有效范围之内。当混凝土处于潮湿的环境时，可以使用硅酸进行养护，比如硅酸盐水泥都可以进行很好的养护，还有养护时间最好能够在一周以上。如果在混凝土凝固的过程中，使用了缓凝剂之类延缓凝固时间的物品，则应保证蕴养时间不能低于两周。
5、改变混凝土浇注工艺。在进行浇筑时需要保证不同的部位能够使用恰当的浇筑方法进行浇注，比如柱形混凝土浇筑时一般使用分段浇筑，并且保证每次浇筑两米左右就进行适当的抹压之类的措施。
论文作者:胡芬,蒋瑞艺,张万万
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/24
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