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坝体混凝土表面遭遇寒潮时的温度应力状态复杂,在计算寒潮期间混凝土表面温度应力过程中,通常将浇筑块或坝体表面当作半无限体来进行二维建模计算,较精确的计算采用差分法或者有限单元法,在环境或坝体形状复杂的情况下也会采用三维有限元分析。在分析计算得到寒潮期间温降导致的温度应力后,通过对保温板放热系数的计算得到需要的保温板厚度。 寒潮期间混凝土的表面温度应力主要由两个部分构成,第一个部分是寒潮温降引起的温度应力,第二个部分是由水化热、初始温差引起的初始应力。在计算寒潮期间混凝土表面所需保温能力时,根据《SL282-2003混凝土拱坝设计规范》,采用允许抗拉强度与初始应力的差值,作为混凝土表面抵御寒潮的最大允许应力,从而计算所需表面等效放热系数。对于初始应力规范中并没有给出相应的计算方法,而是需要采用有限元法或差分法单独进行表层温度应力计算。但是,初始应力会受到保温及寒潮的影响,需要考虑这些影响因素进行计算。浇筑后的早期混凝土水化热、弹性模量及徐变等随龄期变化较大,这些因素又影响混凝土的温度应力,使其变化过程比较复杂。 为了研究寒潮期间初始应力的实用计算方法,本文利用ANSYS有限元分析软件,计算水化热引起的浇筑块温度场及相应的弹性温度应力场,采用松弛系数法考虑徐变的影响,得到由水化热引起的混凝土表面弹性徐变温度应力,从而得到混凝土表面的初始应力。采用朱伯芳提出的寒潮期间混凝土表面温度应力计算原理,计算寒潮引起的温度应力。本文的初始应力计算考虑了保温对水化热、初始温差引起的初始应力的影响,从而得到寒潮期间混凝土表面保温实用计算方法。 本文同时研究了混凝土龄期对寒潮期间表面温度应力的影响,设置了混凝土遭遇寒潮的不同龄期。利用本文的计算方法,计算浇筑完成后第4d、第8d、第15d分别遭遇寒潮时的混凝土表面温度应力,总结出了早期混凝土不同龄期遭遇寒潮后表面应力变化规律。经过分析计算,寒潮引起的应力分别为0.698MPa、0.800MPa、0.914MPa,随着龄期的增长而增大;而初始应力分别为0.757MPa、0.660MPa、0.482MPa,可以看出在短龄期时初始应力较大甚至超过当时的寒潮应力,这是由于早期水化热作用比较强的原因,随着龄期的增长初始应力大幅降低。分析可得到这样的结论,短龄期遭遇寒潮时,不仅要做好抵御寒潮的措施,更要做好混凝土内部与表层的温控措施;随着遭遇寒潮时间的延后,初始应力控制可以适当放宽,但是应当更加关注寒潮引起的温度应力。