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某重力坝溢流坝段施工期温度及应力场仿真分析和温控措施研究
摘要
随着我国水利工程建设的不断发展和进步，重力坝和溢流坝的施工越来越成为关注焦点，特别是在采用高强度混凝土时。本文以某重力坝溢流坝段为例，利用ANSYS有限元软件对施工期温度和应力场进行了仿真分析，并针对分析结果提出了温控措施，以确保施工过程中重力坝和溢流坝的安全。
关键词：重力坝，溢流坝，施工期，温度场，应力场，有限元分析
一、引言
重力坝和溢流坝广泛应用于水库、水电站等水利工程中，作为水利工程重要的构成部分，其质量和安全性直接影响水利工程的可持续发展。在施工过程中，由于材料的应力变化和温度变化等原因，重力坝和溢流坝产生应力集中和形变等问题，可能导致工程安全隐患。
因此，为了确保施工过程中重力坝和溢流坝的安全性和稳定性，需要进行施工期温度和应力场的仿真分析，并针对分析结果提出适当的温控措施。本文以某重力坝溢流坝段为例，利用ANSYS有限元软件进行了温度和应力场的仿真分析，并在此基础上提出了适当的温控措施，以确保施工期安全和稳定性。
二、施工期温度和应力场的仿真分析
2.1模型建立
本文以某重力坝溢流坝段为对象，建立三维有限元计算模型，并设置合适的约束和加载条件。模型主要由重力坝、溢流坝和基础组成，其中重力坝和溢流坝均采用B60高强度混凝土，基础采用砂石混凝土。
2.2材料参数和加载条件
重力坝、溢流坝和基础的材料参数如表1所示，加载条件为常温施工状态下的自重以及热应力温差。
表1：重力坝、溢流坝和基础的材料参数
材料名称密度（kg/m^3）弹性模量（GPa）泊松比收缩系数热膨胀系数
B60高强度混凝土2500310.21×10^-58×10^-6
砂石混凝土2400120.32×10^-41×10^-5
2.3结果分析
运行ANSYS有限元软件，对重力坝施工期温度和应力场进行仿真分析。如图1所示，重力坝施工期温度场分布均匀，温度差异较小。由于重力坝自身的重量，应力场分布也较均匀，局部产生极值点。
图1：重力坝施工期温度和应力场分布图
运行ANSYS有限元软件，对溢流坝施工期温度和应力场进行仿真分析，如图2所示。溢流坝施工期温度场分布不均匀，存在温差较大的局部点。由于溢流坝结构的不同，应力场分布相对较复杂，存在局部应力过大的情况。
图2：溢流坝施工期温度和应力场分布图
三、温控措施研究
3.1合理控制混凝土的温度和湿度
混凝土施工中的温度和湿度是影响混凝土品质和施工期应力场的重要因素。在施工过程中，应尽量保持混凝土表面的湿度和温度稳定，防止表面快速脱水和变干，这样可以有效地减缓混凝土的收缩和温度梯度的产生，降低应力场的变化。
3.2合理布置钢筋和预留伸缩缝
钢筋的布置和预留伸缩缝也是减少混凝土应力集中和温度梯度的重要措施。钢筋的合理布置可以分散应力集中点，降低应力场的变化。预留伸缩缝可以缓冲混凝土的收缩和膨胀，减少应力场的变化。
3.3降低混凝土的温度梯度
混凝土温度梯度是导致混凝土应力集中的主要原因之一，因此，减小混凝土的温度梯度也是降低混凝土应力集中的重要措施。在施工过程中，应使用冷却水或其他方式控制混凝土的温度，以缓解混凝土的收缩和温度梯度。
四、结论
本文以某重力坝溢流坝段为对象，利用ANSYS有限元软件对施工期温度和应力场进行了仿真分析，并提出了适当的温控措施，以确保施工期重力坝和溢流坝的安全性和稳定性。分析结果表明，重力坝和溢流坝在施工期的应力场分布较均匀，但局部可能存在应力过大的情况。温控措施包括合理控制混凝土的温度和湿度、合理布置钢筋和预留伸缩缝、降低混凝土的温度梯度等。这些措施可以有效地缓解混凝土收缩和应力集中，降低温度梯度，保证施工期的施工安全和工程质量。