高拱壩結(jié)構(gòu)安全關(guān)鍵技術(shù)研究

前言

當(dāng)前我國(guó)拱壩建設(shè)的規(guī)模是史無(wú)前例的，在建的錦屏（305m高）、小灣（295m高）和溪洛渡（285.5m高）三座拱壩的高度都超過(guò)了世界上已建成的最高拱壩——英古里拱壩（272m高），待建的300m級(jí)特高拱壩還有白鶴灘等數(shù)座拱壩.特高拱壩規(guī)模宏大，技術(shù)復(fù)雜，其安全問(wèn)題是當(dāng)前拱壩建設(shè)中人們關(guān)注的焦點(diǎn)。中國(guó)工程院于2007年設(shè)立咨詢項(xiàng)目“高拱壩結(jié)構(gòu)安全關(guān)鍵技術(shù)研究”，具體結(jié)合溪洛渡拱壩進(jìn)行研究，歷時(shí)2年，取得了比較豐富的成果，于2009年7月提出咨詢報(bào)告。鑒于報(bào)告內(nèi)容比較豐富，對(duì)我國(guó)當(dāng)前拱壩建設(shè)有一定參考價(jià)值，經(jīng)研究，將報(bào)告主要內(nèi)容編輯成書，公開發(fā)表。本書提出了關(guān)于混凝土壩結(jié)構(gòu)和材料的四個(gè)新理念：混凝土壩耐強(qiáng)烈地震而不垮的機(jī)理，混凝土壩的數(shù)字監(jiān)控、混凝土的半熟齡期和人體積混凝土絕熱溫升試驗(yàn)新方法。本書首次從理論上說(shuō)明了混凝土壩耐強(qiáng)烈地震而不垮的機(jī)理。每次強(qiáng)烈地震后，都有大量房屋、橋梁、道路受損甚至倒塌，但許多混凝土壩在遭受烈度Ⅷ、Ⅸ度的地震后損害卻很輕微?；炷翂纹綍r(shí)即承受了巨大的水平荷載，而且安全系數(shù)較大，是混凝土壩具有較強(qiáng)抗震能力的根本原因。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地研究了高拱壩結(jié)構(gòu)安全的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：①提出了關(guān)于混凝土壩的4個(gè)新理念:混凝土壩數(shù)字監(jiān)控、混凝土半熟齡期、混凝土壩耐強(qiáng)烈地震而不垮的機(jī)理及混凝土絕熱溫升試驗(yàn)新方法；②系統(tǒng)地研究了混凝土拱壩溫控防裂問(wèn)題，提出了小溫差、早冷卻、緩慢冷卻等幾個(gè)新的溫控方法；③研究了庫(kù)水溫度、施工過(guò)程、滲透荷載等多種因素對(duì)高拱壩工作性態(tài)的影響；④研究了高拱壩承載能力的計(jì)算方法及多種因素對(duì)拱壩承載能力的影響；⑤研究了混凝土力學(xué)與熱學(xué)性能；⑥對(duì)國(guó)內(nèi)外已建拱壩和各國(guó)拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的拱壩安全系數(shù)及拱壩安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了綜合分析。　　本書內(nèi)容新穎而豐富，是水利水電工程界從事設(shè)計(jì)、施工、科研、管理的廣大工程技術(shù)人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生的寶貴參考資料。

書籍目錄

前言 第1章　混凝土壩的幾個(gè)新理念 　1.1　混凝土壩耐強(qiáng)烈地震而不垮的機(jī)理 　1.2　混凝工壩的數(shù)字監(jiān)控——提高大壩安全監(jiān)控水平的新途徑 　1.3　混凝工的半熟齡期——改善混凝土抗裂能力的新途徑 　1.4　大體積混凝工絕熱溫升試驗(yàn)新方法 　參考文獻(xiàn) 第2章　混凝土力學(xué)與熱學(xué)性能研究 　2.1　概述 　2.2　混凝土原材料優(yōu)選試驗(yàn)研究 　2.3　大壩混凝工配合比試驗(yàn) 　2.4　大壩混凝工性能 　2.5　全級(jí)配混凝工性能試驗(yàn)研究 　2.6　混凝工性能與時(shí)間的關(guān)系 　參考文獻(xiàn) 第3章　混凝土壩溫度應(yīng)力的幾個(gè)問(wèn)題 　3.1　概論 　3.2　混凝土壩抗裂安全系數(shù) 　3.3　混凝土壩表面保護(hù)材料 　3.4　混凝工高壩施工過(guò)程中長(zhǎng)期保溫的必要性 　3.5　混凝工拱壩運(yùn)行期裂縫與永久保溫 　3.6　混凝工壩水管冷卻溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算方法 　3.7　水管冷卻自生溫度徐變應(yīng)力的理論解 　3.8　混凝土壩水管冷卻自生溫度徐變應(yīng)力的數(shù)值分析 　3.9　混凝土壩水管冷卻的利與弊 　3.10　混凝工壩后期水管冷卻方式研究 　3.11　加密塑料水管強(qiáng)化混凝土冷卻 　3.12　小溫差早冷卻多期緩慢冷卻是混凝工壩水管冷卻的新方向 　3.13　水管間距與溫差的協(xié)調(diào) 　3.14　混凝土壩水管冷卻的有關(guān)建議 　3.15　混凝土壩溫度應(yīng)力研究和控制方法的改進(jìn)及反饋溫度控制 　3.16　結(jié)語(yǔ) 　參考文獻(xiàn) 第4章　溪洛渡高拱壩的溫控防裂 　4.1　混凝土壩溫度應(yīng)力仿真與非線性分析程序SAPTIS 　4.2　高拱壩溫度應(yīng)力的特點(diǎn)和對(duì)策 　4.3　大體積混凝上的真實(shí)抗裂能力 　4.4　溪洛渡拱壩溫控標(biāo)準(zhǔn)和最高溫控措施 　4.5　溪洛渡拱壩混凝工自生體積變形對(duì)溫度應(yīng)力的影響 　4.6　溪洛渡高拱壩的通水冷卻問(wèn)題 　4.7　氣溫驟降與表面保溫研究 　4.8　溪洛渡設(shè)計(jì)溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控措施 　4.9　河床壩段溫控措施的敏感性分析 　參考文獻(xiàn) 第5章　高拱壩真實(shí)工作性態(tài)研究 　5.1　高壩深庫(kù)的真實(shí)庫(kù)水溫度 　5.2　自重施加方式與初次蓄水過(guò)程對(duì)特高拱壩應(yīng)力的影響 　5.3　壩基水荷載施加方式對(duì)壩體應(yīng)力的影響 　5.4　運(yùn)行期溫度邊界條件的變化對(duì)壩體應(yīng)力的影響 　參考文獻(xiàn) 第6章　高拱壩承載能力研究 　6.1　高拱壩應(yīng)力及變形的非線性分析方法 　6.2　巖石與混凝±材料的非線性模型 　6.3　拱壩超載安全度影響因素研究 　6.4　溪洛渡拱壩非線性超載分析 　6.5　高拱壩極限承載力類比分析 　6.6　結(jié)語(yǔ) 　參考文獻(xiàn) 第7章　國(guó)內(nèi)外已建拱壩及各國(guó)拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范中拱壩安全系數(shù)分析 　7.1　國(guó)內(nèi)外拱壩強(qiáng)度安全控制綜述 　7.2　國(guó)內(nèi)外拱座抗滑穩(wěn)定分析準(zhǔn)則 　7.3　高拱壩整體穩(wěn)定安全分析與評(píng)價(jià) 　7.4　結(jié)語(yǔ) 　參考文獻(xiàn) 第8章　綜合分析 　8.1　關(guān)于混凝工壩的幾個(gè)新理念 　8.2　混凝工的力學(xué)與熱學(xué)性能 　8.3　混凝工壩溫控與防裂 　8.4　高拱壩應(yīng)力分析方法及應(yīng)力狀態(tài)的影響因素 　8.5　高拱壩承載能力與安全系數(shù)

章節(jié)摘錄

插圖：本節(jié)提出一個(gè)新的理念：混凝土的半熟齡期?；炷劣伤⑺唷⑸?、石組成，在拌合以前，本為松散體，在拌合并振搗之后，由于水和水泥的水化作用而逐漸固化，混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸及絕熱溫升等隨著齡期的延長(zhǎng)而逐漸增長(zhǎng)，最終趨于定值。目前，還沒(méi)有反映這些力學(xué)和熱學(xué)性能增長(zhǎng)速度的指標(biāo)，筆者定義混凝土絕熱溫升、強(qiáng)度、彈性模量及極限拉伸達(dá)到最終值的一半時(shí)的齡期為半熟齡期，半熟齡期越小，表示混凝土成熟得越快。對(duì)于水壩等大體積混凝土結(jié)構(gòu)，無(wú)論是天然散熱，還是人工水管冷卻，都有一個(gè)冷卻的過(guò)程，如果混凝土絕熱溫升的半熟齡期太小，內(nèi)部溫度上升太快，天然散熱和人工冷卻還沒(méi)有來(lái)得及充分發(fā)揮作用時(shí)，混凝土溫度已上升到最高，隨后產(chǎn)生較大的溫差和溫度應(yīng)力，不利于結(jié)構(gòu)的溫控和防裂；反之，如半熟齡期較大，則有利于降溫和防裂。因此，半熟齡期是混凝土的重要指標(biāo)。目前在研究混凝土性能時(shí)，人們只重視降低水泥用量和水化熱溫升，只重視水化熱總量的控制，忽視發(fā)熱速度，沒(méi)有注意混凝土成熟速度對(duì)其抗裂性能的影響，今后研究大體積混凝土?xí)r，除了降低水泥用量外，還應(yīng)設(shè)法使混凝土具有合適的半熟齡期。計(jì)算結(jié)果表明，混凝土絕熱溫升半熟齡期由1.2d改變?yōu)?.6d，可使最高溫升下降4℃，其降溫效果相當(dāng)于摻50％粉煤灰。本節(jié)探討了調(diào)整混凝土半熟齡期的技術(shù)途徑。半熟齡期的提出，為改善水工混凝土抗裂能力找到了一個(gè)新途徑。不同的結(jié)構(gòu)，對(duì)于半熟齡期的要求是不同的，工業(yè)與民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如建成后不久即可能承受較大荷載，半熟齡期即不能太大；相反，對(duì)于水壩等大體積混凝土結(jié)構(gòu)，承受全部荷載時(shí)，混凝土齡期一般較大，強(qiáng)度沒(méi)有問(wèn)題；但這類結(jié)構(gòu)有溫控防裂要求，無(wú)論是通過(guò)混凝土表面的天然散熱，還是利用埋設(shè)于混凝土內(nèi)部水管的人工冷卻，它們發(fā)揮作用都需要一定的時(shí)間，如果混凝土絕熱溫升的半熟齡期太小，混凝土溫度上升太快，表面自然散熱和內(nèi)部水管人工冷卻還沒(méi)有充分發(fā)揮作用，混凝土已達(dá)到最高溫度，當(dāng)最終降到穩(wěn)定溫度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，甚至引起裂縫；相反，如半熟齡期較大，絕熱溫升上升緩慢，表面自然散熱和內(nèi)部人工冷卻有充分時(shí)間發(fā)揮作用，混凝土達(dá)到的最高溫度就比較低，后期由于充分冷卻而產(chǎn)生的拉應(yīng)力也較小，有利于結(jié)構(gòu)的溫控與防裂。混凝土彈性模量的半熟齡期對(duì)溫度應(yīng)力也有較大的影響，如彈性模量的半熟齡期較大，早期彈性模量較小，早期天然冷卻和水管冷卻引起的拉應(yīng)力都較小，對(duì)于防裂顯然是有利的。

編輯推薦

《高拱壩結(jié)構(gòu)安全關(guān)鍵技術(shù)研究》是由中國(guó)水利水電出版社出版的。

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