Computational of Temperature and Stresses for Mujib Dam


Table 2 Properties of Rock Foundation



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Journal HP 2004 Malakwi

 

 

 



Table 2 Properties of Rock Foundation 

 

 



 

 

Roller Compacted Concrete



 

c

Maximum Modulus of Elasticity, E



 

24.4 GPa


 

(t)*


c

Modulus with time, E

 

)

exp(



b

c

t

a

E



 

Poisson’s Ratio

 

0.2


 

Density


 

3

2540 kg/m



 

Coeff. of Thermal Expansion

 

8.1 E-6 / ˚C



 

Specific Heat

 

˚C

 



920 J/kg

 

Thermal Conductivity



 

˚C

 



2.15 J/s m

 

Film (convection) Coefficient (air)



 

˚C

 



2

10 J/s m


 

Heat Generation of RCC

 

320J/g at 28 days



 

Placement Temperature

 

Different for each layer



 

Average Placement Temperature

 

20 ˚C


 

Rock Foundation

 

Modules of Elasticity

 

20 GPa


 

Poisson’s Ratio

 

0.3


 

Density


 

3

/m



2600 kg

 

Coeff. of Thermal Expansion



 

6.0 E-6 / ˚C

 

Specific Heat



 

900 J/kg ˚C

 

Thermal Conductivity



 

2.6 J/s m ˚C

 

Foundation Rock Temperature



 

23 ˚C


 


 

20 


 

 

 



 

 

Figure 1 Mujib Dam near Compilation 



 


 

21 


 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Figure 2 Detailed schematics for Mujib dam with the installation of fiber optics 

(Conrad et al., 2002) 

 

DFOT SECTIONS



 


 

22 


 

 

 



Figure 3 Fiber cable impacts due to on-site equipment (Conrad et al., 2002) 

 

 



 

 

Figure 4 cable type chosen for Mujib Dam (Conrad et al., 2002) 



 

 

 

 



 


 

23 


 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Figure 5 Forced stress in young concrete under restrained deformation (Aufleger et 

al., 2000) 

 

 



 

 

 



 

 

 







T

0

A



B

C

D



E

B

H



G

F

(A) 



Concrete temperature 

(B) 


Time 

(C)  


Concrete stresses 

(D) 


Zero-stress Temperature 

(E) 


Cracking temperature 

(F) 


Compressive prestressing  

(G) 


Tensile stresses 

(H) 


Tensile strength

 

 



 

24 


0

5

10



15

20

25



30

35

40



0

10

20



30

40

50



60

Time (days)

T

e

mp



e

ra

tu



re

 (

d



e

g

 C



)

 

 



 

Figure 6 Heat of hydration as ramp input 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

Figure 7 Adiabatic temperature rises 



 

 



 

25 


Foundation

RCC


UY=0.0

UX=0.0


UX = 0.0

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Boundary Conditions for 2D Structural Analysis 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



Boundary Conditions for 3D Structural Analysis 

 

 



Figure 8 Boundary conditions (2D and 3D) for structural modeling 

 

 




 

26 


0

2

4



6

8

10



12

14

0



0.002

0.004


0.006

0.008


0.01

0.012


0.014

0.016


0.018

Strain [-]

S

tr

e



s

s

 [



M

P

a



]

1

3



7

28

91



182

365


Con

cr

e



te

 A

g



e

 [

d



]

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Figure 9 Stress-strain curves for different RCC ages (Conrad et al., 2003) 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 




 

27 


 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

Figure 10 Two-dimensional mesh with gallery and CVC for conventional model 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

Figure 11 Three-dimension mesh with gallery and facing (conventional model) 



 


 

28 


 

0

5



10

15

20



25

30

35



40

0

50



100

150


200

250


300

350


400

Time (days)

T

e

m



p

e

ra



tu

re

 (



d

e

g



 C)

Point at distance 1.15m from upstream

Point at distance 22.6m from upstream

 

Figure 12 Predicted temperature history at different nodal points from up stream face 



at 9m from base of dam (conventional approach) 

 

 



-3.5

-3

-2.5



-2

-1.5


-1

-0.5


0

0.5


0

50

100



150

200


250

300


350

Time (days)

Cr

o

ss va



lle

y st


re

ss (


z-

d

ir



e

ctio


n

M



P

a

)



Point at distance 1.15m from upstream

Point at distance 22.6m from upstream

 

Figure 13 Cross valley stress (z-direction) at different nodal points from up stream 



face at 9m from base of dam 

 

 




 

29 


0

10

20



30

40

50



-1

0

1



2

3

Stress in x-direction, MPa



El

e

va



ti

o

n



m

At end of palcement



At end of heat of hydration

After two year

 

 

Figure 14 Stress distributions (x-direction) at vertical section at the center of dam 



from conventional model 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Figure 15 Temperature contour at the                  Figure 16 Temperature contour 

end of casting                                                    after two years 



 

30 


0

5

10



15

20

25



30

35

0



50

100


150

200


250

300


350

400


Time (days)

T

e



mp

e

ra



tu

re

 (



d

e

g



 C

)

2D conventional approach



3D conventional approach

 

Figure 17 Predicted temperature distributions at 25.15 m from u/s of the dam 1.5 m 



from foundation 

 

 



-5

-4

-3



-2

-1

0



1

2

3



0

50

100



150

200


250

300


350

Time, days

C

ro

s



s

 v

a



lle

y

 s



tr

e

s



s

 (

z



-d

ir

e



c

tion


M

P



a

)

0



5

10

15



20

25

30



35

3D Conventional approach, constant (E)

3D Conventional approach, time dependent (E)

Temperature

T

e

m



p

e

ra



tu

re

 (



d

e

g



 C)

 

 



Figure 18 Temperature distribution and the effect of change of modulus of elasticity 

on Cross valley stresses (z-direction) at 2.6 from US of dam and 1.5 m from 

foundation (one reaches tensile stresses although temperature difference at the end 

effectively zero ?) 

 



 

31 


-3

-2.5


-2

-1.5


-1

-0.5


0

0.5


1

1.5


2

2.5


3

0

50



100

150


200

250


300

350


Time, days

C

ro



s

s

 v



a

lle


y

 s

tr



e

s

s



 (

z

-d



ir

e

c



tion

M



P

a

)



0

5

10



15

20

25



30

35

40



3D Conventional approach, constant (E)

3D Conventional approach, time dependent (E)

Temperature

T

e



m

p

e



ra

tu

re



 (

d

e



g

 C)


 

Figure 19 Temperature distribution and the effect of change Modulus of Elasticity on 

Cross valley stresses (z-direction) at 2 m from upstream, 15 m from foundation (same 

comment as Fig. 18) 

 

 

-1.5



-1

-0.5


0

0.5


1

0

50



100

150


200

250


300

350


Time, days

C

ro



s

s

 v



a

lle


y

 s

tr



e

s

s



 (

z

-d



ir

e

c



tion

M



P

a

)



0

5

10



15

20

25



30

35

3D Conventional approach, constant (E)



3D Conventional approach, time dependent (E)

Temperature

T

e

m



p

e

ra



tu

re

 (



d

e

g



 C)

 

Figure 20 Temperature distribution and the effect of change Modulus of Elasticity on 



cross valley stresses (z-direction) at center of dam at, 15 m from the foundation at end 


 

32 


of RCC placement (for the shown temperature-history really strange stress-histories 

come up) 

 

 

0



5

10

15



20

25

30



35

01

/0



1/0

1

12



/0

2/0


1

26

/0



3/0

1

07



/0

5/0


1

18

/0



6/0

1

30



/0

7/0


1

10

/0



9/0

1

22



/1

0/0


1

03

/1



2/0

1

14



/0

1/0


2

Date


Te

m

p



e

ratu


re d

e

g



 (C

)]

average daily temperature



trend

 

Figure 21 Average daily temperatures Mujib 2001 



 


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