Universidade do Minho Escola de Engenharia Ana Patrícia Pimentel Torres Gaspar Принос за контрол на несигурността при числено моделиране на язовирните характеристики. Заявление за язовир RCC. 214 септември

пиментел

Universidade do Minho Escola de Engenharia Ana Patrícia Pimentel Torres Gaspar Принос за контрол на несигурността при числено моделиране на язовирните характеристики. Заявление за язовир RCC. Докторска дисертация по Гражданско инженерство Област на знанията в геотехниката Работа, разработена под ръководството на професор Антонио Гомес Корея и съвместно ръководство на професор Арезу Модареси Доктор Фернандо Лопес-Кабалеро септември 214

Ao meu avô, Франсиско Пиментел Торес.

x Абстрактно разбирайте как несигурностите ще повлияят на поведението на язовира по време на строителството и разчитайте на него в бъдеще, за да подобрите и подкрепите фазата на проектиране на проекта на язовира. Ключови думи: RCC язовири, Термо-химио-механично поведение, Несигурности, Методи за надеждност, Анализ на чувствителността, RBD-FAST, Случайни полета.

xii Resumo de determinadas incertezas no comportamento da barragem durante a sua construção, podendo servir no futuro como um importante suporte à fase de projecto de barragens. Palavras-chave: Barragens BCC, Comportamento termo-químico-mecânico, Incertezas, Métodos de fiabilidade, Análise de sensibilidade, RBD-FAST, Campos aleatórios.

xiv Резюме разглежда comme étant une вноска originale de cette thеse. La méthodologie предлага peut être utilisé pour aider à comprendre comment les incertitudes vontffecter le comportement du barrage pendant sa construction et servir d appui dans le futur pour améliorer et soutenir la phase de conception du projet de barrage. Mots-clés: Barrages BCR, Comportement thermo-chemo-mécanique, Incertitudes, Méthodes de fiabilité, Analyse de sensibilité, RBD-FAST, Champs aléatoires.

xv Съдържание Благодарности Резюме Резюме Резюме Списък на фигури Списък на таблици Списък на съкращенията и символите v ix xi xiii xxiv xxvi xxvii 1 Въведение 1 1.1 Бетон, уплътнен с ролки - общи положения и приложения. 2 1.1.1 Предимства, недостатъци и особености. 5 1.1.2 Термо-химио-механично поведение на RCC - общи линии. 6 1.2 Методи за надеждност при анализ на риска от язовири - кратко въведение. 7 1.2.1 Теория за надеждност и мерки за надеждност. 8 1.2.2 Определение на риска. 1 1.2.3 Оценка на безопасността на язовира. 12 1.3 Цели и принос на дисертацията. 14 2 Термо-химио-механично поведение на уплътнен бетон (RCC) 21 2.1 Реакция на хидратация. 21 2.2 Преглед на три модела за хидратация. 3 2.3 Механично поведение. 37 2.3.1 Развитие на механичните свойства. 38

xvi Съдържание 2.3.2 Явления на пълзене. 49 2.4 Напукване в язовири RCC. 55 2.5 Резюме. 63 3 Прилагане и обосновка на числения модел 65 3.1 Съединяване на степента на хидратация и стареене. 65 3.2 Валидиране и верификация на термо-химио-механичен модел. 7 3.2.1 Адиабатни тестове. 7 3.2.2 Изотермични тестове. 72 3.2.3 Циклични тестове. 74 3.3 Приложение към язовир RCC. 78 3.3.1 Моделиране на метода на изграждане. 79 3.3.2 Гранични условия. 82 3.3.3 Температура на отливане. 86 3.3.4 Референтна температура на нулево напрежение. 87 3.3.5 Концепции за индекс на напукване и плътност. 9 3.4 Резюме. 93 4 Детерминирано термо-химио-механично моделиране на RCC язовир 95 4.1 Приложение. 96 4.2 Проучване при различни сценарии на случай. 1 4.2.1 Сценарий по случай по подразбиране. 13 4.2.2 Сценарии на случаите на околната температура. 18 4.2.3 Сценарии за случаи на температура на леене. 111 4.2.4 Сценарии за графика на строителството. 112 4.3 Дискусия по други аспекти. 118 4.3.1 Лечение на студени стави. 118 4.3.2 Симулация на кофраж на странични граници. 123 4.4 Заключения. 125 5 Методология за вероятностен анализ на термохимичното поведение на гравитационна конструкция на RCC гравитация 129 5.1 Приложение. 13 5.2 Вероятностни инструменти. 134

Съдържание xvii 5.2.1 Тест за чувствителност. 134 5.2.2 Случайни полета. 136 5.3 Параметри на модела и случайни променливи. 137 5.4 Резултати и дискусия - RBD-FAST. 141 5.4.1 Референтни резултати. 142 5.4.2 Анализ на чувствителността. 142 5.5 Резултати и дискусия - 2D произволни полета. 148 5.6 Заключения. 151 6 Вероятностен термо-химио-механичен анализ на гравитационна конструкция на RCC гравитация 155 6.1 Приложение. 156 6.2 Параметри на модела и случайни променливи. 158 6.3 Оценка на вероятността от напукване. 161 6.3.1 Температура, степени на хидратация и стареене и първите резултати от главния стрес 162 6.3.2 Индекс на надеждност и FOSM. 166 6.3.3 Резултати от плътността на напукване. 168 6.3.4 Функция на вероятността за плътност на напукване. 171 6.4 Анализ на чувствителността. 176 6.4.1 RBD-FAST метод. 176 6.4.2 Температура, степени на хидратация и стареене и първи основен стрес . 177 6.4.3 Индекс на напукване. 183 6.4.4 Наивен байесов подход. 185 6.5 Заключения. 189 7 Заключения и препоръки за бъдещи изследвания 193 7.1 Основни заключения. 193 7.2 Препоръки за бъдещи изследвания. 195 A Изучени подходи за моделиране на слоеста конструкция на язовира 197 A.1 Коефициент на висока проводимост. 197 A.2 Подвижна мрежа. 2 A.3 Тънък слой в колона. 22.

xviii Съдържание Б Вероятностни инструменти за разпространение на несигурности 25 Б.1 Методи за анализ на чувствителността. 25 Б.1.1 Индекс на чувствителност - метод на Собол. 26 Б.1.2 БЪРЗО. 28 B.1.3 RBD-FAST. 29 B.1.4 Пример, FAST срещу RBD-FAST. 21 Б.2 Подход на произволни полета. 212 B.2.1 Гаусови произволни полета. 213 B.2.2 Функции за автокорелация. 213 B.2.3 Генериране на произволни полета. 214 Библиография 217

xxiv Списък на фигури A.2 Топлинен поток върху повърхността. 199 A.3 Развитие на температурата във времето, първи подход. 199 A.4 Развитие на температурата във времето, втори подход. 21 A.5 Развитие на температурата във времето, втори подход, различни времеви стъпки. 21 A.6 Грешка за две различни температури на околната среда. 22 A.7 Развитие на температурата във времето, със и без по-фин горен слой. 23 A.8 Развитие на температурата във времето за тънкослойния модел. 24 B.1 Статистика на X 1 и X 2. 211 B.2 Спектър на мощността на Y за FAST. 211 B.3 Спектър на мощността на Y, прилагащ процедура за рандомизация. 212

xxv ​​Списък на таблици 2.1 Свойства на материала за всеки модел. 34 2.2 Параметри на модела на химически афинитет 1. 34 2.3 Параметри на модела на химически афинитет 2. 34 3.1 Параметри на модела на лъча. 67 3.2 1PDE и 2PDE параметри. 67 3.3 Свойства за всяка RCC смес, използвана при елементарните тестове. 71 3.4 Свойства на OPC смес. 75 3.5 Размери на фундаментната скала. 78 3.6 Свойства на материала. 81 3.7 Параметри за модел на генериране на адиабатна топлина. 82 4.1 Параметри за изменение на температурата на околната среда. 99 4.2 Параметри на модела. 12 4.3 Сценарий по случай по подразбиране. 13 5.1 Параметри за уравнение 5.2. 131 5.2 Параметри на модела. 137 5.3 Случайни променливи за RBD-FAST. 14 5.4 Случайни променливи за случайни полета. 141 6.1 Параметри за развитие на околната температура. 158 6.2 Параметри на модела. 159 6.3 Случайни променливи. 16 A.1 Свойства на материала. 198 A.2 Свойства на материала за тънкия слой. 23.

xxvi Списък на таблици Б.1 Индекси за чувствителност в юмручен ред. 211

xxvii Списък на съкращенията и символите За краткост всеки символ е описан с най-често срещаното му значение в настоящата теза. Има символи по текста, които не са включени в този списък, защото се отнасят до единични случаи. Съкращения AAR Алкални агрегатни реакции ACI Американски институт за бетон ANN Изкуствена невронна мрежа AST Средна повърхностна температура BaCaRa Френски проект за приложение на RCC върху язовири (BaCaRa, 1996) CC Конвенционална бетонна CDF Кумулативна функция на разпределение CSH Калциево-силикатни хидрати CH Калциев хидроксид CVC Конвенционални вибрации Конкретен DPL Закон за двойната мощност EDF Eléctricité de France EC2 Еврокод 2 БЪРЗО Тест на Фурие за амплитудна чувствителност FEM Метод на крайния елемент FMEA Режими на грешки Събития Дървета FORM Първа поръчка Метод за надеждност FOSM Първа поръчка Метод втори момент Продължете на следващата страница.

xxviii Списък на съкращенията и символите ICOLD Международен комитет за големи язовири LHS латински хиперкуб Метод за вземане на проби LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil MCS Monte Carlo Метод за вземане на проби RCC Roller Compacted Concrete HPRCC High Performance Roller Compacted Concrete HPC High Performance Concrete OPC Ordinary Portland Concrete RBD-FAST Random Баланс Дизайн FAST RCD Roller-Compacted Dam PDE Частично производно Уравнение Метод за оценка на точката на PEM PVC Поливинилхлорид SORM Метод за надеждност от втори ред SPANCOLD Испански комитет за големи язовири TSTM Машина за изпитване на стрес USACE Съединени американски армейски инженерни корпуси Латинска азбука A f A j A xi à à m à c BB f B j Постоянен параметър за определяне на степента на стареене Коефициент на Фурие Параметър на афинитетната функция от Cervera et al. (1999a) Химичен афинитет Измерен химичен афинитет Изчислен химически афинитет Коефициент на чувствителност към температурата Постоянен параметър за определяне на степента на стареене Коефициент на Фурие Продължете на следващата страница.

Списък на съкращенията и символите xxix C Топлинен капацитет за единица обем C Капацитет на системата C c C ε ccc изпаряване c µ CV D DM DV EEEEE a E c Количество цимент в единица обем Обем топлинен капацитет за единица обем Съдържание на цимент Специфична топлина Специфично изпарение топлина Параметър на модела на пълзене Коефициент на вариация Системно търсене Мерки за щети Променливи на решението Млад модул Експозиция Асимптотичен еластичен модул Окончателен Модул на модула Енергия на активиране Бетон Млад модул Е см (28) Еластичен модул на бетона на възраст 28 дни E rad ffcfc, ftft, FSF 1 FBFG Действителна интензивност на излъчване Дневна честота Якост на натиск Крайна якост на натиск Якост на опън Крайна якост на опън Фактор на безопасност Обратна кумулативна функция на разпределение Негаусово произволно поле Гаусово произволно поле Продължете на следващата страница.

52 2.3. Механично поведение (а) (б) (в) Фигура 2.22: Тестове за пълзене (Bažant, 1988): а) Изохрони на пълзене; б) Криви на съответствие за различни възрасти t при натоварване; Криви на релаксация за различни възрасти t при натоварване. J (t, t). Няколко формули за възпроизвеждане на кривите на пълзене, получени експериментално, са налични в литературата, като Законът за двойната мощност (DPL) е най-прилаганият. DPL първоначално е предложен от Bažant и Osman (1976) и е даден тук от уравнение 2.53, където E (t) е асимптотичният еластичен модул, t е моментът на прилагане на натоварването и φ 1, m, α и n са материал параметри. Тази формула доказа своята адекватност през годините чрез няколко проучвания върху бетона в ранна възраст (Ji, 28). J (t, t) = 1 E (t) + φ 1 E (t) (t + α) m (tt) n (2.53) За бетона в ранна възраст бяха предложени и приети някои корекции на уравнение 2.53 в работа на Leitão et al. (27) се прилага за язовир Pedrógão RCC. Първата корекция е въведена от Miranda et al. (2) и се състои в добавяне на параметър на забавяне към степента n с цел получаване на физически приети криви на релаксация (Leitão et al., 27). Тези корекции, въведени от Бемборг (1986), добавят експоненциална част (a e Bt), за да се подобри модула на еластичност през първите дни от възрастта. J (t, t) = 1 ((1 + φ E (t 1 t m) + α) (t t)) n (1 exp (t/k)) + A e Bt (2.54)

Глава 2. Термо-химио-механично поведение на валцован бетон (RCC) 55 Фигура 2.23: Обобщен модел на Максуел (Cervera et al., 22) (1 σ i + + 1) σ i = λ E (κ) e τ i τ D ε, ii = 1. N (2.58) µ τ µ = τ µ λ E µ µ (t) = 1 1 + c µ t (2.59) (2.6) 2.4 Напукване в язовирите RCC Напукване в бетон в ранна възраст ако конструкцията е подложена на състояние на опън, по-голямо от развитата до момента якост, както е заявено от Springenschmid и Breitenbucher (1998). Термичното напукване в язовирите RCC се наблюдава през годините и предизвиква голямо безпокойство сред дизайнерите. Няколко примера са събрани и докладвани в Hansen и Forbes (212), като случаите на горния язовир Still Stillwater (Фигура 2.24), построен през 1985-87 г. на място, където средната годишна температура е 2,9 C и с максимална температура на отливане фиксирана на 1 С. Разходите за ремонт на пукнатини в този язовир са докладвани от Hansen и Forbes (212) като надхвърлили 7 милиона долара. Според ACI Committee 27 (1999), пукнатините в RCC язовирите могат да повлияят на структурна стабилност, пропускливост, трайност и визуален външен вид. За да се избегне вертикално напукване, което

56 2.4. Напукването в язовирите RCC е много трудно за ремонт и контрол, вертикалните фуги са добавени към проекта на язовира. Напречните контракционни фуги също могат да бъдат включени в проект за язовир, като водостоци и канали. След това контракционните фуги ще предизвикат отслабена равнина, през която ще се разпространят пукнатини (ACI комитет 27, 1999). Повечето от термичните пукнатини, настъпили в язовирите RCC и докладвани в Hansen и Forbes (212), се състоят от вертикално напукване и обикновено не влияят на тяхната структурна стабилност. Освен това те може да са били причинени не само от топлинни напрежения, но и поради диференциални утаявания, възникващи в основата и хоризонтални движения, предизвикани от пълненето на резервоара (Hansen и Forbes, 212). Тези автори също съобщават, че не всички пукнатини възникват едновременно, нито имат еднаква ширина. (а) (б) Фигура 2.24: Напукване в горен язовир Стилвотер (Хансен и Форбс, 212): а) Голяма пукнатина; б) Въздушен изглед.

Глава 2. Термо-химио-механично поведение на валцован бетон (RCC) 63 2.5 Обобщение При моделирането на поведението на бетона трябва да се вземе предвид термо-химио-механичната рамка, за да се отчете температурата и развитието на реакцията на хидратация по време на втвърдяването на материала. Термо-химио-механичният анализ на бетонните конструкции често се извършва в еднопосочен свързан начин, като първо се решава топлинният проблем и се използва неговият изход за решаване на механичния. След това някои съществуващи модели позволяват пълно свързване между термични и механични явления, като например термо-химио-механичния модел, разработен от Cervera et al. (1999a) и Cervera et al. (1999b). В този модел степента на стареене κ, която зависи както от температурата, така и от степента на хидратация, ще управлява развитието на механичните свойства. Началото на развитието на механичните свойства се управлява от a (a) (b) Фигура 2.28: Напукване в RCC (Lackner and Mang, 24): a) χ>; б) Индикатор за напукване C.