大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制

內(nèi)容概要

　　《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制（第2版）》全面闡述了大體積混凝土溫度應(yīng)力和溫度控制的基本理論、工程理念和技術(shù)措施，全書分為三部分：第一部分是混凝土結(jié)構(gòu)溫度場和溫度徐變應(yīng)力的計算方法；第二部分是各種大體積混凝土結(jié)構(gòu)，包括澆筑塊、重力壩、支墩壩、拱壩、嵌固板、自由墻、基礎(chǔ)梁、混凝土桿件、隧洞和孔口的溫度場和溫度徐變應(yīng)力的變化規(guī)律和計算方法；第三部分是控制溫度、防止裂縫的工程理念、技術(shù)措施和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，包括各種溫差的控制、混凝土原材料的優(yōu)選、混凝土預(yù)冷、水管冷卻、表面保溫的計算方法和技術(shù)措施，國內(nèi)外實(shí)際工程控制溫度防止裂縫的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
　　《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制（第2版）》可供大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、研究和管理人員使用，也可供大專院校師生學(xué)習(xí)參考。

作者簡介

　　朱伯芳（1928.10—），江西余江人，中國工程院院士，水工結(jié)構(gòu)和固體力學(xué)專家。1951年畢業(yè)于上海交通大學(xué)土木系，1951-1957年參加我國第一批混凝土壩（佛子嶺、梅山、響洪甸）的設(shè)計。1957年底調(diào)入水利水電科學(xué)研究院（以下簡稱“水科院”），從事混凝土高壩研究。1969年下放到黃河三門峽水利電力部第十一工程局工作。1978年調(diào)回重建的水科院工作至今。1995年當(dāng)選為中國工程院院士?，F(xiàn)任水利部科技委員會顧問，小灣、龍灘、白鶴灘等我國特高混凝土壩顧問組成員。曾任第八屆、第九屆全國政協(xié)委員，水科院科技委副主任，中國土木工程學(xué)會及中國水力發(fā)電學(xué)會常務(wù)理事，中國土木工程計算機(jī)應(yīng)用學(xué)會理事長，國際土木工程計算機(jī)應(yīng)用學(xué)會理事，曾被聘為清華大學(xué)、天津大學(xué)、大連理工大學(xué)、華北水利水電學(xué)院、南昌工程學(xué)院的兼職教授。
　　我國混凝土溫度應(yīng)力、拱壩優(yōu)化、混凝土壩仿真、混凝土徐變理論的開拓者。
　　建立了混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制完整的理論體系，包括混凝土徐變理論的兩個基本定理，拱壩、重力壩、船塢、水閘、隧洞、澆筑塊、氧化鎂混凝土壩等各種水工混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的變化規(guī)律、主要特點(diǎn)和計算方法，拱壩溫度荷載、庫水溫度、水管冷卻、基礎(chǔ)梁、寒潮、重力壩加高等一整套計算方法以及溫度控制方法和準(zhǔn)則。提出了全面溫控、長期保溫、結(jié)束“無壩不裂”歷史的新理念，并在我國首先實(shí)現(xiàn)了這一理念，在世界上最先建成了數(shù)座無裂縫的混凝土壩。
　　提出了高拱壩優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和內(nèi)力開展等高效解法，在世界上首先實(shí)現(xiàn)了拱壩體形優(yōu)化，已在拉西瓦、江口、瑞洋等100多個實(shí)際工程中成功應(yīng)用，可節(jié)約混凝土量10%～30%，并大幅度提高了拱壩體形設(shè)計的效率。
　　開辟了混凝土壩仿真分析，提出了復(fù)合單元、分區(qū)異步長、水管冷卻等效熱傳導(dǎo)方程及有限元徐變應(yīng)力隱式解法等一整套高效解法。提出了有限元等效應(yīng)力算法及其控制標(biāo)準(zhǔn)，為拱壩設(shè)計規(guī)范所采納，為有限元法取代多拱梁法創(chuàng)造了條件。
　　提出了混凝土壩耐強(qiáng)烈地震而不垮的機(jī)理，首次說明了強(qiáng)烈地震后大量房屋橋梁等結(jié)構(gòu)倒塌而混凝土壩不垮的根本原因是在于混凝土壩平時即承受了巨大水平荷載而且安全系數(shù)較大。
　　提出了混凝土壩數(shù)字監(jiān)控的新理念，彌補(bǔ)了儀器監(jiān)控只能給出大壩變位場而不能給出應(yīng)力場和安全系數(shù)的缺點(diǎn)，為改進(jìn)混凝土壩的安全監(jiān)控找到了新途徑。
　　提出了混凝土半熟齡期的新理念，為改善混凝土抗裂性能找到了一條新途徑。

書籍目錄

作者簡介
第二版前言
第一版前言
第1章 緒論
1.1 大體積混凝土溫度應(yīng)力的重要意義
1.2 混凝土溫度應(yīng)力的特點(diǎn)
1.3 混凝土溫度及應(yīng)力的變化過程
1.4 混凝土溫度應(yīng)力的類型
1.5 混凝土溫度應(yīng)力的分析
1.6 混凝土裂縫的原動力是溫度應(yīng)力而不僅是溫度
1.7 控制溫度應(yīng)力、防止裂縫的技術(shù)措施
1.8 最近30年大體積混凝土溫控防裂的基本經(jīng)驗(yàn)
第2章 混凝土的力學(xué)與熱學(xué)性能
2.1 混凝土性能隨齡期而變化的關(guān)系式
2.2 混凝土的微裂縫與破壞機(jī)理
2.3 混凝土的抗拉強(qiáng)度
2.4 混凝土的極限拉伸變形
2.5 混凝土的彈性模量
2.6 混凝土的熱學(xué)性能
2.7 水泥水化熱與混凝土的絕熱溫升
2.8 混凝土的自生體積變形
2.9 混凝土的干濕變形
2.10 混凝土的自由溫度變形與熱膨脹系數(shù)
2.11 混凝土的半熟齡期
2.12 原型混凝土與室內(nèi)混凝土試件性能的差別
參考文獻(xiàn)
第3章 熱傳導(dǎo)方程與邊值條件
3.1 熱傳導(dǎo)方程
3.2 初始條件和邊界條件
3.3 邊界條件的近似處理
3.4 氣溫
3.5 庫水溫度估算
3.6 庫水溫度數(shù)值計算
3.7 太陽輻射熱
3.8 溫度場求解方法概述及一維問題差分解法和圖解法
3.9 二維溫度場的差分解法
3.10 外界溫度變化的影響深度
3.11 從施工期到運(yùn)行期的溫度變化
3.12 穩(wěn)定溫度場
3.13 溫度場反分析
參考文獻(xiàn)
第4章 混凝土的澆筑溫度和水化熱溫升
4.1 混凝土的出機(jī)口溫度
4.2 混凝土的入倉溫度
4.3 混凝土的澆筑溫度
4.4 混凝土澆筑層水化熱溫升的理論解
4.5 水管冷卻與層面散熱共同作用下澆筑層溫度場的理論解
4.6 混凝土水化熱溫升的圖解法和數(shù)值解法
4.7 混凝土壩施工期溫度場實(shí)用計算
參考文獻(xiàn)
第5章 混凝土的天然冷卻
5.1 第三類邊界條件半無限體的冷卻
5.2 第一類邊界條件平板的冷卻
5.3 第三類邊界條件平板的冷卻
5.4 初溫均勻分布、外溫按余弦函數(shù)變化、第一類邊界條件下平板的溫度場
5.5 外界溫度任意變化時平板的溫度場
5.6 兩向及三向冷卻問題、乘積定理
參考文獻(xiàn)
第6章 混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系和彈性徐變應(yīng)力分析
6.1 混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系
6.2 混凝土的徐變度
6.3 混凝土的松弛系數(shù)和松弛模量
6.4 用于初步設(shè)計的混凝土彈性模量、徐變度和松弛系數(shù)
6.5 混凝土徐變對結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力的影響
6.6 混凝土結(jié)構(gòu)的分類和彈性徐變應(yīng)力分析方法
6.7 晚齡期混凝土結(jié)構(gòu)簡諧應(yīng)力分析
6.8 晚齡期混凝土結(jié)構(gòu)簡諧應(yīng)力分析的等效模量法和等效溫度法
參考文獻(xiàn)
第7章 嵌固板與自由板的溫度應(yīng)力
7.1 嵌固板溫度應(yīng)力
……
第8章 計算溫度場的有限單元法
第9章 計算溫度應(yīng)力的有限單元法
第10章 氣溫變化應(yīng)力、混凝土表面保溫和養(yǎng)護(hù)
第11章 混凝土澆筑塊的溫度應(yīng)力
第12章 混凝土重力壩與支墩壩的溫度應(yīng)力
第13章 混凝土拱壩溫度應(yīng)力
第14章 船塢、船閘和水閘的溫度應(yīng)力
第15章 混凝土壩仿真分析、動態(tài)溫控、數(shù)字監(jiān)控與溫度應(yīng)力模型試驗(yàn)
第16章 彈性地基上梁的溫度應(yīng)力
第17章 圓形隧洞運(yùn)行期的溫度應(yīng)力
第18章 混凝土管道的溫度應(yīng)力
第19章 混凝土壩內(nèi)孔口溫度應(yīng)力
第20章 混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與徐變分析
第21章 混凝土與鋼筋混凝土的干縮應(yīng)力
第22章 混凝土的斷裂
第23章 混凝土的水管冷卻
第24章 混凝土的預(yù)冷和倉面冷卻
第25章 氧化鎂混凝土筑壩
第26章 大體積混凝土冬季施工
第27章 寒冷地區(qū)混凝土壩的溫度控制
第28章 壩體分縫分塊
第29章 混凝土的允許溫差、制冷負(fù)荷及裂縫的檢查與處理
第30章 大體積混凝土結(jié)構(gòu)溫度控制要則
附錄：單位換算

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   聚苯乙烯泡沫塑料是硬質(zhì)板，根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，又可分為擠塑型聚苯乙烯（XPS）和膨脹型聚苯乙烯（EPS），其中XPS性能較好，價格也較高，目前約為800元／m3。過去混凝土壩保溫主要采用EPS，表面涂一層丙烯酸水泥漿，以避免吸水，并使外觀呈灰色。施工方法有內(nèi)貼法和外貼法兩種，內(nèi)貼法是將苯板固定在混凝土模板上，拆模后苯板留在壩面上；外貼法是在拆模后再把苯板粘貼到混凝土表面上。 緊水灘拱壩施工初期，在上游壩面產(chǎn)生了較多的水平裂縫，自1985年1月開始，整個大壩上游面新澆的混凝土全部用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫，實(shí)際效果很好，蓄水發(fā)電時抽查上游壩面，沒有再發(fā)現(xiàn)裂縫。采用保溫板尺寸為1.0m×1.5mX 0.02m，每塊重0.6～0.9k9。立模時將保溫板釘在模板里側(cè)，拆模時保溫板自動附著在混凝土表面（內(nèi)貼法），長期不掉，避免了后掛保溫層的高空作業(yè)。根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)0.16kJ／（m·h·℃），厚度h一2cm，算得表面放熱系數(shù)盧一7.26kJ／（m·h·℃）。寒潮期間現(xiàn)場實(shí)測保溫效果與計算結(jié)果一致。我國觀音閣碾壓混凝土重力壩施工中，也采用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫，厚度為5cm，也是用內(nèi)貼法施工。三峽大壩施工中采用聚苯乙烯泡沫板保溫，用外貼法施工。 響水拱壩是單曲混凝土薄拱壩，壩高l9.5m，頂厚1.5m，底厚3.0m，位于內(nèi)蒙古赤峰市克什克騰旗境內(nèi)，北緯43°，壩底高程1143m，屬高寒地區(qū)，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.4℃，氣溫年變幅±18.7℃，全年有5個月平均氣溫低于零度，一月平均氣溫為一17.7℃，極端最低氣溫—34.1℃。該壩于1978年開工，1981年建成蓄水，1984年發(fā)現(xiàn)18條裂縫，最大縫寬達(dá)4.5mm。到1987年，裂縫數(shù)量增加到36條，裂縫寬度和深度均有所加重，裂縫滲水嚴(yán)重。產(chǎn)生裂縫的主要原因是忽略了當(dāng)?shù)貧夂驐l件，設(shè)計中采用美國墾務(wù)局經(jīng)驗(yàn)公式計算溫度荷載，比實(shí)際情況嚴(yán)重偏小。施工中溫度控制很差，夏季澆筑混凝土，也無嚴(yán)格溫度控制措施，壩內(nèi)混凝土最高溫度達(dá)53℃。該壩產(chǎn)生嚴(yán)重裂縫后，赤縫市水電局委托筆者研究處理措施。經(jīng)現(xiàn)場考查，發(fā)現(xiàn)壩體施工質(zhì)量尚可，但當(dāng)?shù)貧夂驀?yán)寒，壩體又很薄，根據(jù)實(shí)際條件計算，如不保溫，壩體最大拉應(yīng)力達(dá)3.33MPa，即使對老的裂縫進(jìn)行環(huán)氧灌漿處理，以后也難免再次被拉開或出現(xiàn)新的裂縫。經(jīng)過研究，最后決定采用聚苯乙烯泡沫塑料板粘貼在壩體下游面進(jìn)行保溫，保溫板厚5cm，每塊長1.0m，寬0.5m。

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