非洲某水电站施工期应力应变分析

陈景兵

摘要：伴随着科学技术的快速发展，各行各业都有了长足的进步。关于水电站的建设，其在具体的施工期需要有应变计组应力应变的计算，进行了应力的计算之后，还可以绘制出相应的曲线，经过数据的对比和相关曲线的分析，可以获得测点处的混凝土在不同类型时，它的应力应变在施工期的初期变化规律，接着就可以依据相关的信息对于水电站后期施工的应力应变提出预测和建议。我们主要的是以非洲某水电站作为例子，对其进行了施工期的应力应变分析。

关键词：非洲某水电站；施工期；应力应变；分析

纵观世界各个区域，非洲大陆相较于其他的大陆，给我们的映象总是贫穷的，而且人们的生活水平普遍的较为低下。也确实非洲大陆至今仍然有超过50%的人口，没有获得电力的供应，而因为人口在不断的增加，现有的电力供应也有可能出现危机，所以非洲的各个国家都在尝试寻求发电的途径。水电目前是非洲国家非常重视的一个可再生发电的方面，大力的开发水电资源成为了非洲国家扩大电力生产的关键一步，非洲也因此成为了水电开发商聚集的重要市场。要进行水力发电就要有水电站的建设，在水电站建设的施工期间，对于应力应变的分析至关重要，这直接的关系到了水电站的最终建成安全运行的效果，因此必须要进行应力应变的相关分析^[1]。

1. 关于非洲某水电站的概述

非洲的某座水电站的建设目标是，要最终的建设成一项具备有发电、防洪、灌溉、养殖、航运等等多种用途的水电工程，这个电站的装机容量要达到4×125MW，该水电站的主要组成部分是拦河大坝、坝后厂区、变电站等建筑。

拦河大坝的构成主要的是三部分，它们分别是碾压混凝土重力坝、左岸心墙堆石坝段和右岸心墙堆石坝段，拦河大坝的设计总长度大约的是2400m。拦河大坝的主体部分碾压混凝土重力坝建设于主河床，这部分的坝段长度大约是1090m，溢流表孔、电站的进水口和导流底孔等等主要的水工建筑物都必须被建设在碾压混凝土重力坝段之上；左、右心墙堆石坝就被设置在了碾压混凝土重力坝段的两侧，这两部分合起来的长度大约是1310m左右，其中左心墙堆石坝段较短，长为310m上下，右心墙堆石坝段长1000m上下。在实际的工程实践之中，我们通过相应的建设经验可以知道，对于变形监测资料的分析，能够预知建筑物运行的安全情况，同时反馈的结果对于施工具有相当大的指导的作用。非洲该座建设水电站埋设了五向应变计组6组，每组之间的间隔是1m，并布置无应力计6套^[2]。

2. 关于应变计组应力应变的分析

1. 对于混凝土的应力计算

对于混凝土的应力计算来说，首先的需要进行应变计组的实测值的修正，如果该非洲水电站的碾压混凝土重力坝是弹塑性材料，那么它的应变测值主要的由应力与非应力组成。通过弹性理论我们能够知道，同一物体在同一受力点的任何三个相互垂直平面上的应变之和是常数，理论值会和实际的值存在差距，这是由于系统误差和人为误差的存在，因此的要进行修正计算。其次的是进行单轴应变的计算，这需要依据广义的胡克定律，推导出单轴应变的计算公式，依据公式进行计算。接着的是对于正应力和剪应力的计算，计算这两种力需要假设该碾压混凝土重力坝是一种均匀连续，各个方向上都同性的弹塑性材料，然后由广义胡克定律进行单轴应力计算。最后是对于主应力的计算，主应力的发现需要依靠前期埋设的6组应变计组获取的数据来分析，经过分析发现该大坝在Y-O-Z平面45°与135°的方向存在着主应力，依据公式进行主应力的计算。将一系列数据采集、计算获取之后，就应该将它们详细的陈列于表中，进行相应的分析^[3]。

2. 对于应力、应变的相应分析

第一步需要对无应力计应变测值进行分析，因为在该工程之中，无应力计埋设在两种不一样的形态的混凝土中，在这之中，12#、20#坝段无应力计埋设在变态混凝土，33#坝段无应力计埋设在碾压混凝土中。经过相应的数据分析可以发现，碾压混凝土中无应力计测值绝对值小于变态混凝土中无应力计测值绝对值。第二步是对于应变计组应变、温度的分析，经过相应的分析可以发现其具备着两个方面的规律，首先是变态混凝土区域大坝上游侧应变值绝对值相较于下游侧更大，呈现出一个不稳定的增长趋势；碾压混凝土区域大坝上下游侧应变测值绝对值基本相同，呈稳定的增长趋势^[4]。其次的是变态混凝土与碾压混凝土区域测得的温度变化规律是先下降，随后的就会上升到一定的温度之后呈现出稳定的一个下降的趋势，前者的温度变化的范围是在28-50℃，而后者的温度变化范围是29.8-42.8℃。

第三步就是对于应力的分析，经过对于数据的剖析，我们可以发现两个方面的特点，其一是在变态混凝土区域，上游侧以压应力为主，下游侧以拉应力为主；碾压混凝土区域则是，上游侧拉、压应力都相较于下游侧小，但都以压应力为主。变态混凝土区域的应力小于碾压混凝土区域的应力，最大的拉应力出现在12#坝段下游侧，最大压应力出现在33#坝段下游侧。经过相应分析可以发现，当前该区域没有拉裂条件，还有待于进行持续的观测。其二是在初期测点处混凝土呈现出受拉的状态，而且随着混凝土坝体的升高，Z轴向混凝土压应力在缓慢的增加，这就说明了坝踵拉裂的几率很小；Y轴向测点处混凝土应力除了两个点表现为受拉状态外，其余测点应力表现为受压状况；X轴各个方向部位的测点混凝土应力都表现为压应力，剪应力计算的结果是0MPa，可以暂时不做分析。从过程线中能够看出，各个测点混凝土拉（压）应力在缓慢的增加，但都在混凝土抗拉（压）允许的范围之内变化，稳定无异常

^[5]。

3. 对于应变、应力的影响因素分析

影响应力应变的因素主要的有四点，它们分别是：a、两种形态混凝土配合比、强度不同；b、水化热的影响；c、应变计组埋设在变态混凝土里面容易受外界气温的影响，埋设在碾压混凝土中则容易受内部温度影响；d、测读引起的系统和人为的误差。

3. 结语

总的来说，非洲某水电站施工期应力应变分析，符合了在非洲区域进行水电站投资建设的目标，基于该工程的分析，对于相关单位的水电站的建设经验有了很大的提高。

参考文献

[1]王吉朝.非洲某水电站施工期应力应变分析[J].建筑工程技术与设计,2019,(31):2540-2542.

[2]刘千驹.施工期应变计组监测资料分析[J].大坝与安全,2018,(1):38-42,51.

[3]郑海圣,徐达,倪绍虎.非洲某水电站厂区三维渗流分析[J].大坝与安全,2018,(3):54-57,66.

[4]黎喆汇,邹瑜.非洲十大水电工程概览[J].水利水电快报,2017,38(7):1-3.

[5]谭婧,孙言.非洲水电开发近况[J].水利水电快报,2018,39(3):6-9.