坝美应用外掺MgO砼不分横缝快速筑拱坝有限元仿真分析

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1、第3期2003年6月No.3JUN2M3广东水利水电GUANGDONGWATERRKIURGESANDHYDROPOWER坝美应用外掺MgO硅不分横缝快速筑拱坝有限元仿真分析郑晶星，章鹏，陈志伟（广东龙水利电力勘测设计研究院，广东广州510170）»«：采用二次开炙的ANSYS软件•对•坝关外楼MgO砂不分横堆快速筑拱坝的施工期和运行蓄水期进行金过租的仿具计算，对其温度场、膨胀场、位移场和虫力场计算成果以及外摻MgO於的补偿作用进行了分析v关・5:坝捷水电站；拱坝；外摻MgO越；不分横堆；快速筑坝；三堆有限尢;仿鼻分析中8B分类号：TV52文猷标识码：B文

2、章编号：1008・0112（2003）03・0009・03收薇日期：2003-05-24作者简介：郑晶星（1978-）.男，硕上，从事水工、岩土结构的工程设计、仿真计算分析等方面的工作。1概述乳源县坝美水电姑位于广东省北江二级支流大潭河的上游，坝址距古母水镇10km•距乳源县城74km,工程由水库、大坝、引水系统和厂房等组成。水库正常蓄水位为259.5m高程.相应库容2450万品。大坝为抛物线型双曲碇拱坝，最大坝高53.0m,坝顶高程260.5m,坝底高程207.5叫坝顶厚3.5m,坝底厚10.0m0坝美拱坝是广东省继长沙拱坝后第二座采用外掺MgO碇快速筑

3、坝技术的工程实例•大坝不分横缝，整体、连续浇筑。与常规柱状法浇筑相比较，整体浇筑的混凝土拱坝会产生较大的温度应力⑴。采用外掺MgOft,利用MgO的微膨胀特性⑵，对温降产生的拉应力进行补偿•从而改善坝体应力状态。而MgO的补偿作用是一个复杂的动态过程，它与MgO自生体积变形、施T•浇筑次序、入仓温度、环境温度、材料保温、蓄水状态等多种因素有关,因而需要通过仿真分析来了解坝体温度场、膨胀场、位移场、应力场的变化过程，为大坝的设计提供可靠的依据和保证。长沙拱坝为首例工程实践，当时因条件所限，在设计及施工过程中仅采用了拱梁法仿真分析•尚不够完善。本分析采用有限元

4、通用分析软件ANSYS,并利用在ANSYS平台上开发的外掺MgO混凝土快速筑拱坝技术仿真分析专用程序,对坝美拱坝的温度场、膨胀场、位移场、应力场进行了实时仿真分析。仿真分析具有实时模拟施工次序、实时模拟浇筑温度、实时模拟环境温度（考虑日照）、实时模拟模板保护、实时模拟间歇期、实时模拟水位水温的变化、实时模拟浇筑块的弹性模量（考虑龄期）、实时模拟MgO混凝土的自生体积膨胀变形（考虑龄期、温度）、实时模拟徐变和实时模拟水压力的功能。坝美水电站工程设计中同时采用了有限元法仿真分析，并与拱梁法仿真成果作对比•使设计成果更合理、可靠。2计算模型和计算参数2.1有限元

5、模型的建立坝体模型按实际拱坝体形建立。基岩截取范围：顺河向沿上、下游各取60m;两边各取160m;竖向沿坝底下取60mo坝体模型采用放射状等分方式建立，从而可以实现参数化程序控制•提高了建模的效率；岩体模型在与坝肩交界部分采用过渡单元技术⑶，有效的改善了岩体模型单元形态，并滅少了单元布点数日。坝美拱坝有限元模型如图1所示。整个模型单元总数为17294个，节点总数为11561个，其中坝体单元总数为7825个,坝体节点总数为8320个。坝体模型全部采用六面体八节点单元,岩体模型在与坝肩交界部分采用四面体过渡单元•其余釆用六面体人节点单元。图1有限元网格模型2.

6、2计算参数2.2.1外掺MgO碇的弹性模量根据试验成果，混凝土弹模采用下面公式计算，整个坝体采用相同的弹模参数。E（C=3.1xiMd-e-0599r°3M）式中r为碇龄期（下同）。2.2.2外掺MgO腔的绝热温升根据试验成果，碇的绝热温升计算公式为：T（r）=：25.0r/（l.ll+r）2.2.3外掺MgO碇的徐变系数徐变度C（gt）根据工程经验类比，按下面公式计算C（：,r）=0.85x[9.00+146.91r'0356]x[1_-<0M0>O427r_OaS）（t-T）*Jxjq-6式中s=0.337+0.0144ln（r°98+1）2.2.4外

7、掺MgO碇的自生体积变形根据试验，可以得到各掺量恒温下外掺MgO混凝土自生体积变形资料，采用双曲线模型拟合得到各掺秋外掺MgO混凝土分类导温系数/(nr•h■1)导热系数/(kJ-Cmhr)-1)线膨胀系数/（IO"・D弹模/MPa泊松比比热/(U-CkgT)-1)«度/(«D基岩0.0054710.5057.5132000.20.7162600混凝土0.003558.281470.160.962450T=19.1+9・4$in[売（r+255.3）]2.2.6混凝土与基岩热力学参数（见表1）»1混眾土与墓岩憔力学參数2.3计算工况2.3.1计算工况考虑气

8、温、地温、库水温度、保温材料及日照的影响，通过热稳态和瞬态分析对温