50年院庆结构所成果
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发表时间:2018-05-22 16:13

普定碾压混凝土拱坝筑坝技术研究

一、成果概况

1)成果名称:普定碾压混凝土拱坝筑坝技术研究

2)任务来源:国家“八五”科技攻关项目

3)完成单位:电力部贵阳勘测设计研究院中国水利水电第八工程局中国水利水电科学研究院四川联合大学清华大学大连理工大学

4)完成时间:1998年

5)主要完成人员:陈宗卿王柏乐秦蚊高家训黄淑萍杨志雄李朝国甄永严曾昭扬赵国藩刘文彦张惠玲杨家修苗嘉生陈正作

6)获奖情况:1998年度国家科学技术进步一等奖

二、成果简介

用数值分析方法计算了普定水库水温,为大坝温控防裂研究提供了合理的边界条件;用三维有限元法计算了拱坝的准稳定温度场,并根据实际的施工条件、气象条件和混凝土材料性能参数,对普定拱坝多工况条件下的温度及温度应力变化过程进行仿真研究,在大量分析研究的基础上,确定了拱坝的缝型缝位,提出了大坝基础约束区与非约束区混凝土不同季节合理的浇筑层厚、间歇期、浇筑温度、混凝土允许最高温度及各季节可行的温控措施,为大坝的设计和施工提供了具有世界领先水平的科研成果。研究工作还紧密结合工程实际,及时将科研成果转化为生产力。如1992年汛期大坝停渡汛,专门针对汛期渡汛工况进行三维有限元温度应力仿真分析,及时准确地出了洪水过坝方案。经过夏季六次洪峰的考验,大坝安然无恙没有一条裂缝,实测结果与科研成果十分吻合,得到设计施工各方的高度评价。另外,首次提出了考虑施工期温度作用的温度荷载的计算方法,将大大有助于改进碾压混凝土拱坝的设计方法。研究成果揭示了碾压混凝土拱坝的温度和温度应力变化规律,可以广泛地应用于大型工程的设计和施工中。

在筑坝材料方面的特色,就是高胶凝材料,低水泥用量。为此,多采用高掺粉煤灰的措施。高掺粉煤灰对碾压混凝土的优越性是显著的,但也带来了耐久性方面需要解决的问题。如何提高碾压混凝土本身的抗冻耐久性,是需要解决的问题。要提高混凝土(包括碾压混凝土)的抗冻耐久性,必须掺引气剂,由于碾压混凝土的特点是超干硬性和高掺粉煤灰,这两点就决定了碾压混凝土很难引进微气泡,这就为提高碾压混凝土抗冻耐久性增加了难度。本课题主要任务就是搞清影响碾压混凝土抗冻耐久性的因素,针对这些影响因素逐一解决,使碾压混凝土提高抗冻耐久性达>F400,这样碾压混凝土也能和常态混凝土一样应用于严寒地区或有耐久性要求的部位。鉴定达国际领先水平。

三、联系方式

1)联系人: 胡平、甄永严

2)联系电话: 010-68781462、010-68781547

3)邮箱地址: huping@iwhr.com


拱坝优化方法、程序与应用

一、成果概况

1成果名称:拱坝优化方法、程序与应用

2任务来源:水利电力

3完成单位:中国水利水电科学研究院、水电部西北勘测设计研究院、浙江大学、贵州省水利厅

4完成时间:1976~1986

5主要完成人员:朱伯芳、林景铭孙扬镳、厉易生、黎展眉、何君弼、曹正俊、张武、宋敬庭

6获奖情况:1988年度国家科学技术进步二等奖

二、成果简介:

主要研究内容与主要技术创新

1)本项目是首次研制成功的拱坝体型优化方法与程序,可在计算机上直接求出拱坝的最优设计体型:

①坝体剖面可以是单曲或双曲的单心圆拱、三心圆拱、五心圆拱、抛物线拱、双曲线拱、椭圆拱、统一二次曲线拱等,可适应不同的地质地形条件。

②河谷形状可以是任意的,左右两岸可以各有7种不同的基岩,坝轴线可在指定范围内移动和转动,以寻求最有利的位置。

③目标函数可以是坝的体积或造价。

④约束函数考虑了拱坝设计规范在体型设计阶段的各项要求,包括允许拉-压应力、施工应力、坝肩抗滑稳定、模板倒悬度、坝顶最小厚度、最大底宽等。

2)提出了拱坝优化的新的求解方法内力展开逐步逼近法,迭代两次即可收敛,计算效率很高。

3)应力分析采用三维有限元、一维有限元及多拱梁法。

本项目建立了合理的数学模型,编制了通用计算程序,可满足大中小各种拱坝的要求,求出给定条件下拱坝的最优体型。既可大大提高拱坝设计的效率,又能大量节省工程投资、缩短工期、提高工程效益。

推广应用情况

已应用于数十个大中小工程,一般可节省10~35%。黄河李家峡拱坝高165m,优化后节约混凝土70m3,减少投资约1亿元,缩短工期约一年(年发电量58.3亿度),中国国际工程咨询公司在19869月的评估中,对李家峡拱坝的体形优化给与好评。

三、联系方式

1)联系人:厉易生

2)联系电话:010-68781702

3)邮箱地址:liys@iwhr.com


高混凝土拱坝防裂技术及其在东风工程中的应用

一、成果概况

(1) 成果名称:高混凝土拱坝防裂技术及其在东风工程中的应用

(2) 任务来源:“七五”国家重点科技攻关

3) 完成单位:能源部水利部贵阳勘测设计院、中国水利水电科学研究院、大连理工大学、天津大学、清华大学、河海大学、中南勘测设计院

4) 完成时间:1992

5) 主要完成人员:丁宝瑛

6) 获奖情况:1992年度国家部科技进步二等奖

二、成果简介

(1) 调研国内14座已建并在运行的混凝土与混凝土坝的裂逢情况及其施行的防裂措施,并评价其措施的效果及裂缝的主要原因,供设计和施工方面的参考。

(2) 首次编制了水库水温的数值分析程序,在大量水库水温的观测资料的基础上,根据热量平衡原理,考虑水库和大坝的具体情况以及水库的运行情况,其泥沙的输送情况、有无异重流情况,计算结果与实测资料十分吻合,从而纠正了以往认为水库水温为线性变化的错误观点,为大坝设计提供了正确的依据。

(3) 根据坝址基岩的温度、弹模、热膨胀系数,水库水温变化、蓄水进度,大坝混凝土性能(弹模、抗压强度、绝热温升变化、自生体积变形)、大坝分层浇筑上升速度、入仓温度、浇筑间歇情况、度讯情况、施工区域的气温变化、表面养护及保护情况,编制了三维有限元温度徐变应力计算通用程序。结合东风大坝进行实际可行的施工仿真分析,分析了其温度徐变应力情况,为设计提供了温度控制依据。

(4) 以往结构设计中,都把设计变量当成“必然值”,但从统计学上讲,这些设计变量都是“或然值”,其出现都有一个机率,所以实际上结构物都有一个可靠性问题。所以我们从可靠性理论出发,概率地描述温控的设计变量,把相对造价作为目标函数,用“改进的变形法”和“网格法”编制了计算优化程序,结合东风混凝土大坝,进行了温控优化设计,作为可行性设计和初步设计时的研究比较。

(5) 结合东风大坝混凝土的具体情况:基岩为石灰岩、混凝土粗骨料也为石灰岩碎石,其热膨胀系数都较小(0.5´10-5);拌和混凝土时采用外掺MgO膨胀剂,大大降低了温度徐变应力,从而可放宽温度控制标准简化施工,节省了工程投资245万元。

三、联系方式:

(1) 联系人:胡平

(2) 联系电话:010-68781462


混凝土高坝全过程仿真分析及温度应力的研究与应用

一、成果概况

1成果名称:混凝土高坝全过程仿真分析及温度应力的研究与应用

2任务来源:水利部

3完成单位:中国水利水电科学研究院

4完成时间:1993~1998

5主要完成人员:朱伯芳、许平、董福品、厉易生、贾金生、杨波、阎继军

6获奖情况:2000年度国家科学技术进步二等奖

二、成果简介

主要研究内容与主要技术创新

1)首次提出了一整套混凝土高坝仿真计算方法并开发了计算软件:

①并层算法、②并层坝块接缝单元、③分区异步长算法、④考虑水管冷却的等效热传导方程。这套算法和相应的计算软件可应用于各种混凝土坝,可大大提高计算效率,可在高档微机上进行大型仿真分析,可在计算中充分反映施工和运行中各种工程措施、施工条件和运行条件对坝体应力的影响,是混凝土坝应力分析方法的重大创新。

2)首次系统地研究了通仓浇筑重力坝和碾压混凝土重力坝温度应力的特点与规律,在以下几方面与常规柱状浇筑重力坝有重大差别:

①基础温差、②上下层温差、③内外温差、④劈头裂缝。

这些特点,对通仓浇筑重力坝和碾压混凝土重力坝的设计与施工有重要指导意义。

3)首次提出了碾压混凝土拱坝温度荷载计算方法、在碾压混凝土拱坝中设横缝的必要性、温度控制和接缝设计的原则和接缝构造形式,对碾压混凝土拱坝设计有重要意义。

4)对三峡大坝三种施工方案,进行了系统的仿真计算。

5)东风拱坝裂缝成因与危害性分析。

推广应用情况

1)对三峡大坝三种施工方案的仿真计算

受三峡总公司委托,对通仓浇筑、碾压混凝土浇筑和分缝浇筑三种施工方案进行了系统的仿真分析,考虑了不同施工方法对坝体应力的影响,提出了三种施工方案所必须采取的施工措施,研究成果为甲方采纳。

2)东风拱坝裂缝成因和危害性分析

受乌江开发公司委托,对东风拱坝进行了仿真分析,找出了裂缝原因,得出裂缝影响局限于孔口附近,对坝体整体安全性无影响的结论,提出了裂缝处理措施,为甲方采纳。据甲方分析,可创经济效益800万元/年。

3)三峡二期工程大坝裂缝成因分析

受三峡总公司委托,对二期工程部分坝段进行了细致的仿真分析,找出了不同形态裂缝的原因,提出了防止裂缝的工程措施,并据此对三期工程的温控提出了建议,为甲方采纳,三期工程未发现裂缝。

三峡泄洪坝段仿真计算网格


三峡泄洪坝段温度历时分布曲线

三峡泄洪坝段应力过程线

三、联系方式

1)联系人:许平

2)联系电话:010-68781350

3)邮箱地址:xuping@iwhr.com


混凝土耐久性关键技术研究及工程应用

一、成果概况

1)成果名称:混凝土耐久性关键技术研究及工程应用

2)任务来源:国家建材局

3)完成单位: 中国建筑材料科学究、中国水利水电科学研究院、同济大学、南京化工大学、武汉理工大学、北京科技大学、中国建筑科学研究院、苏州混凝土水泥制品研究院、东南大学

4)完成时间:1996年~2000

5)主要完成人员:姚燕、胡曙光、田培、李金玉、刘克忠、刘光华、王武祥、何积铨、丁威、张利俊

6)获奖情况:2004年度国家科技进步二等奖

二、成果简介

1)主要研究内容

《混凝土耐久性关键技术研究及工程应用》是国家“九五”重点科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”的综合成果。我院承担了“混凝土抗冻性研究”和“混凝土抗侵蚀性研究”二个专题,以及“高强混凝土抗冻性的研究”、“高抗冻和超抗冻混凝土的开发和应用”、“安全性抗冻混凝土技术条件的研究”、“压力水下混凝土渗漏溶蚀的试验研究”、“高浓度和应力状态下混凝土硫酸盐侵蚀性的研究”等五个子题的研究开发及工程应用工作。

2)主要技术创新

以含气量、水灰比和气泡间距系数为控制指标,开发出抗冻等级F300的高抗冻混凝土和抗冻等级F600的超抗冻混凝土。

高强混凝土冻融破坏机理的初步研究表明,C60、C60引气、C80、C100混凝土的冻融破坏形态为裂缝破坏,其主要原因是冻融温度疲劳应力作用的结果。

初步提出了适合我国国情与安全运行寿命相关的混凝土抗冻性定量化设计方法,为我国不同地区、不同运行年限要求的混凝土抗冻安全性设计提供参考。

初步建立了荷载和冻融双因素作用下的损伤统计数数模型,为高强高性能混凝土的研究和应用创造了良好的技术基础,同时也使我国混凝土抗冻性的研究水平提高了一个台阶。

   研究了盐冻加速混凝土破坏的机理和主要影响因素,并制定了抗盐冻的技术条件。

   开发了SJ-2皂甙类新型引气剂。掺用该引气剂,在含气量≤4%时,抗压强度不下降,抗折强度还稍有提高。

3)推广应用情况

高抗冻混凝土的研究成果已应用于三峡大坝混凝土配合比的优化设计,为三峡大坝粉煤灰高抗冻混凝土的设计提供了技术基础。安全性混凝土抗冻性技术条件的研究成果,已直接应用于北京十三陵蓄能电厂,为十三陵蓄能电厂的安全运行和确保首都及华北电网的安全提供了技术基础。抗除冰盐研究成果已在黑龙省哈同高等级公路78公里路面推广,把服务寿命从7-8年提高到20多年,每年能节约维修费用数亿元。SJ-2新型引气剂已在上海建厂生产,99年已产150吨,价值390万元,已在150多万m3混凝土中得到了推广应用。高强混凝土抗冻性的研究成果、冻融和荷载双重疲劳损伤的研究成果属应用基础的研究,也是国内乃至国际上创新性的研究项目。

三、联系方式

1)联系人:曹建国、林莉

2)联系电话 :010-68781547、010-68781745        

3)邮箱地址:caojg@iwhr.comlinli@iwhr.com


水工混凝土温度应力的研究

一、成果概况

成果名称:水工混凝土温度应力的研究

任务来源:水利电力部

完成单位:中国水利水电科学研究院

完成时间:1958~1980

主要完成人员:朱伯芳、王同生、丁宝瑛、郭之章、宋敬庭

获奖情况:1982年国家自然科学三等奖

二、成果简介

主要研究内容与主要技术创新

1)阐明了水工混凝土温度应力发展的基本规律,提出了混凝土浇筑块、基础梁、重力坝、拱坝、船坞、孔口、库水温度、寒潮、水管冷却等一系列计算方法。

2)提出并证明了非均质弹性徐变体的两个基本定理。

3)提出了弹性徐变体有限元隐式解法并编制了相应的计算程序。

4)提出了混凝土绝热温升、弹性模量、徐变度、应力松弛系数等计算公式。

推广应用情况

1)本项目的多项研究成果已纳入我国重力坝、拱坝、船坞、水工混凝土结构等设计规范。

2)依据本项目研究成果编制的专著《水工混凝土结构的温度应力与温度控制》是大体积混凝土方面的重要著作,获国内外广泛好评,1991年日本建设省大坝中心已将此书全文译成日文。

三、联系方式

1)联系人:朱伯芳

2)联系电话:010-68781457

3)邮箱地址:bfzhu@iwhr.com


文章分类: 成果介绍
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