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高拱坝封拱过程优化分析研究

段炼  
【摘要】:近些年拱坝设计理论和方法不断提高,施工经验不断积累,我国规划与修建了一批高拱坝。因为高拱坝"边浇筑边封拱"的施工特点,其封拱过程与大坝混凝土温度控制、拱坝受力初始条件、计入施工过程影响的应力变形分布,独立坝段悬臂受力高度以及大坝施工进度等因素密切相关。拱坝在接触灌浆前需要重点关注混凝土浇筑层的温度控制与横缝开度问题,而(特)高拱坝又有独特的特点。在温度控制方面,不仅要求灌区在接缝灌浆前通过温控措施达到相应的封拱温度,沿坝段高程还需要做好温度梯度控制工作。在悬臂高度控制方面,高拱坝施工期,若浇筑安排不当容易造成悬臂高度过高,不仅可能在悬臂梁根部产生大的拉应力,也影响着坝段之间横缝的开合度,而横缝开度影响着接缝的可灌性。因此,有必要对高拱坝封拱过程当中涉及的工程问题进行优化。本研究基于乌东德电站已有工程和试验资料,选取封拱施工过程中涉及的三个典型工程问题,采用有限元方法,考虑混凝土温度控制和大坝施工期受力条件,提出优化思路以及优化方案,具体研究内容如下:(1)接缝灌浆区高度优化分析参考原接缝灌浆区高度方案,依据适当增加自由区灌浆范围的原则,拟定了对比灌浆方案。综合考虑坝体浇筑、温度控制和接缝灌浆过程全阶段。结果表明增加灌浆范围有增强坝段之间约束的趋势并且实际施工中若有加快施工进度和精简灌区的需要时,可以适当增加自由区浇筑块的灌区高度。(2)同冷区高度空间动态优化分析提出同冷区高度时空控制的思路,对典型坝段的基础约束区、自由区、孔口约束区拟定不同的同冷区高度方案并进行敏感性分析,计算分析结果表明:同冷区高度越大,已灌区应力最大值呈现减小的趋势,并且对于弱约束区,同冷区高度的影响有限。根据计算结果还拟定了乌东德高拱坝推荐同冷区高度方案。(3)高拱坝悬臂高度个性化控制提出悬臂梁高度个性化控制思路,综合考虑最高温度、最大应力及横缝开度的控制标准,仿真计算表明:在重力荷载的作用下,第一主应力随悬臂梁高度增大而增大;另外,外界气温回灌为悬臂高度影响横缝开度的初步原因。根据评价标准确定了乌东德拱坝7#坝段各特征高程处的悬臂梁最大允许高度。


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