大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度的动态调整方法
阅读说明：本技术 大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度的动态调整方法 (Dynamic adjustment method for pouring temperature and allowable maximum temperature of large-volume concrete ) 是由 王继敏 曾新华 鄢江平 胡书红 魏宝龙 朱振泱 徐建军 刘毅 殷亮 张磊 魏海宁 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种大体积混凝土建议浇筑温度和允许最高温度的动态调整方法。该方法在有限元计算分析的基础上确定大体积混凝土建议浇筑温度和允许最高温度,不仅考虑被控区域距离建基面的高度,还考虑该区域混凝土内部的拉应力。本发明在保障施工安全的同时最大限度的节约施工费用。(The invention provides a dynamic adjustment method for recommended pouring temperature and allowable maximum temperature of mass concrete. The method determines the recommended pouring temperature and the allowable maximum temperature of the large-volume concrete on the basis of finite element calculation analysis, and not only considers the height of a controlled area from a building base plane, but also considers the tensile stress in the concrete in the area. The invention can save construction cost to the maximum extent while ensuring construction safety.)
技术领域
本发明涉及一种动态调整大体积混凝土浇筑过程中建议浇筑温度和允许最高温度的方法，本发明属于水利水电工程技术领域。
背景技术
目前，许多水工结构设计规范中，关于大体积混凝土温度控制的条文仅规定了基础约束区(即强约束区和弱约束区)混凝土允许温差，即距离建基面h高度范围内混凝土浇筑允许的最高温度和最低温度之差ΔT。混凝土重力坝设计规范SL319-2005又规定了基础温差，即距离建基面0.4L(L为浇筑块长边尺寸)高度范围基础约束区内混凝土允许的最高温度和该部位稳定温度之差。工程设计时，设计人员通常按照设计规范进行设计，使混凝土内部的基础温差小于允许温差，如表1设计规范给出了不同高度、不同长度的大体积混凝土允许温差。
表1基础约束区混凝土允许温差ΔT(℃)
但是，对于本领域技术人员来说，大家普遍认为在确定大体积混凝土建议浇筑温度和允许最高温度时不能仅仅按照设计规范进行设计，不能仅仅考虑基础约束区距离建基面的高度h，还应该考虑约束区的应力。因为控制大体积混凝土温度的目的是防止混凝土产生温度裂缝，而混凝土产生温度裂缝的原因是混凝土内部产生的拉应力大于混凝土抗拉强度，导致产生裂缝。
而且，有限元计算结果表明，当坝体底部宽度较大时，约束区内温度、应力相差较大，远离建基面混凝土的允许温差可以进一步放宽。例如，位于西藏自治区山南地区桑日县境内的大古水水电站，是雅鲁藏布江中游桑日县至加查县峡谷段的第二级电站，其上游距规划开发的巴玉水电站约8km，下游距规划开发的街需水电站和在建的藏木水电站分别约7km和18km。以该水电站的温控计算结果为例，该水电站与建基面不同高程混凝土内部的最高温度和最大应力如表2所示。大古水电站基建面附近稳定温度在9℃左右，距离建基面10m处混凝土最高温度略大于距离建基面3m处混凝土最高温度，但是，距离建基面10m处的混凝土应力明显小于距离建基面3m处的混凝土。由此可见，对于大体积混凝土工程而言，混凝土内部允许的最高温度与混凝土内部的应力是有关系的！
表2不同高度温度和顺河向应力峰值
高度/m
1.0
2.0
3.0
5.0
10.0
15.0
25.0
35.0
45.0
最高温度/℃
24.32
21.11
20.55
21.39
21.17
20.49
17.11
17.5
22.09
最大应力/MPa
1.02
0.92
0.93
0.91
0.75
0.55
0.12
-0.02
0.20
大体积混凝土内部温度变化过程为先温升后温降。温升阶段形成压应力，温度降低阶段形成拉应力；温升阶段的压应力一般小于温降阶段形成的拉应力，故大体积混凝土达到稳定温度时往往内部表现为拉应力。目前的设计规范仅规定了允许温差，而未建立浇筑温度和最高温度的关系。当最高温度和混凝土稳定温度一致时，混凝土达到稳定温度时候的应力和混凝土的浇筑温度密切相关，最高温度一定时，混凝土浇筑温度越低，温升阶段形成的压应力越大，混凝土达到稳定温度时拉应力越小。
故，在大体积混凝土工程中，在设计混凝土建议浇筑温度和允许最高温度时，不仅要考虑允许温差，还需要考虑浇筑温度和最高温度的关系，即要考虑大体积混凝土内部应力的变化过程。
发明内容
鉴于目前设计规范的不足，本发明的目的是提供一种大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度的动态调整方法。该方法在确定大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度时，不仅考虑不同高程距离建基面的高度，建立不同高程最高温度与建基面的距离关系，还考虑该高程混凝土内部的拉应力，即该高程浇筑温度与允许的最高温度之间的关系。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度的动态调整方法，它包括如下内容：
A、设定约束区应力最大点的浇筑温度为最低能达到的浇筑温度Tpc1、允许最高温度为规范规定的强约束区允许最高温度Tmc1，建立有限元模型计算对应的应力为最大应力f(h1)；
B、提高浇筑温度，根据有限元模型分析计算找到距离建基面hk的点，使得其：
f(hk)＝f(h1) (1)
C、根据式(1)所得到的浇筑温度增量、温度峰值增量和与建基面距离之间关系图，得出距离建基面hk的点的标准状态下的浇筑温度Tpck和距离建基面hk的点的标准状态下的允许最高温度Tmck：
Tpck＝Tpc1+ΔTpk (2)
其中：ΔTpk为浇筑温度增量；
Tmnck＝Tmc1+ΔTmk (3)
其中：ΔTmk为温度峰值增量。
D、根据公式(2)和(3)，即可得到各个高程允许的浇筑温度和允许的最高温度。
本发明在有限元计算分析的基础上确定大体积混凝土建议浇筑温度和允许最高温度，不仅考虑被控区域距离建基面的高度，还考虑该区域混凝土内部的拉应力。本发明在保障施工安全的同时最大限度的节约施工费用。
附图说明
图1是本发明大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度动态调整方法流程图；
图2是本发明实施例高度与浇筑温度增量的关系图；
图3是笨发明实施例高度与最高温度增量的关系。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。
如图1所示，本发明公开的大体积混凝土浇筑温度和允许最高温度动态调整方法为：
A、设定约束区应力最大点的浇筑温度为最低能达到的浇筑温度Tpc1、允许最高温度为规范规定的强约束区允许最高温度Tmc1，建立有限元模型计算对应的应力为最大应力f(h1)；
B、提高浇筑温度，根据有限元模型分析计算找到距离建基面hk的点，使得其：
f(hk)＝f(h1) (1)
C、根据式(1)得到的浇筑温度增量、温度峰值增量和与建基面距离之间关系图，得出距离建基面hk的点的标准状态下的浇筑温度Tpck和距离建基面hk的点的标准状态下的允许最高温度Tmck：
Tpck＝Tpc1+ΔTpk (2)
其中：ΔTpk为浇筑温度增量；
Tmck＝Tmc1+ΔTmk (3)
其中：ΔTmk为温度峰值增量。
D、根据公式(2)和(3)即可得到各个高程允许的浇筑温度和允许的最高温度。
在不同的浇筑温度情况下，通过调整温控措施(如通水冷却措施、流水养护措施和表面保温措施等)，使得其应力均控制为f(h1)。通过列表的形式，得到距离建基面hk的点浇筑温度和最高温度关系。
下面举例说明，如果建立浇筑温度增量、温度峰值增量和与建基面距离之间关系图。假设基础温度按13℃，外界温度按8℃。特征点hk距离建基面1.65m。
模型上下游面散热，地面散热，其余面绝热，表面放热系数为250kJ/m2·d·℃；进行一期和二期通水，通水水温10℃，目标温度8℃，一期通水时间为龄期0-20d，二期为80-170d。混凝土绝热温升按28℃考虑，半熟龄期为4d；弹性模型为30Gpa，a＝0.4，b＝1.0。计算通水冷却措施一定，浇筑温度为13～21℃情况下，绝热温升作用引起的混凝土应力。由此计算条件得到的高度与浇筑温度增量的关系以及高度与最高温度增量的关系见图2和图3。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。