旋转座椅¾简要信息
【获奖类型】理论特等奖
【任务来源】从1955年开始，结合梅山、响洪甸、新安江、古田、刘家峡、小湾、三峡等数十座混凝土坝设计与施工的实践进行研究
【课题起止时间1995年～2012年
【完成单位】中国水利水电科学研究院
【主要完成人】朱伯芳
¾立项背景
本书作者1951～1957年参加我国第一批三座混凝土坝（佛子岺坝、梅山坝、响洪甸坝）的设计和施工，这些工程根据当时国外文献的介绍，都采取了与国外类似的水管冷却等温控防裂措施，但实际上都产生了裂缝。使作者认识到温控防裂是混凝土坝建设中的一个比较复杂、值得深入研究的课题。
混凝土隧道湿喷机
1957年底作者被调到中国水利水电科学研究院，分工担任混凝土高坝研究。当时已进入水利水电建设的高潮，三门峡、新安江、古田、刘家峡等数十座混凝土坝进行建设，温控防裂是这些工程中共同存在的一个重要技术课题。本书作者密切结合这些混凝土高坝建设，对大体积混凝土的温度应力和温度控制进行系统的、长期不懈的研究，先后发表关于本课题的论文40余篇，建立了比较完整的理论体系，提出了合理的技术措施。
绝缘法兰¾详细科学技术内容
本书在全世界首次建立了大体积混凝土结构温度应力和温度控制较完整的理论体系，包括下列几方面：
（1）混凝土结构形式和材料性质的优选，以利于防裂；
（3）重力坝、拱坝、水闸、浇筑块、弹性地基梁等各种大体积混凝土结构温度徐变应力的计算方法和变化规律；
（4）控制温度防止裂缝的技术措施，包括水管冷却、预冷混凝土、表面保护、
分缝分块、氧化镁混凝土等及其降温防裂效果的计算方法；
（5）混凝土温度控制准则和允许温差；
（6）混凝土坝仿真计算，可考虑分层浇筑、分区冷却、分区灌浆等十分复杂的施工过程和当地气候条件，计算混凝土坝从施工期到运行期的温度场和应力场的演变过程及各种温控措施的效果。
¾ 发明及创新点
（1）大体积混凝土温度应力和温度控制的理论体系
本书在全世界首次建立了大体积混凝土温度应力和温度控制完整的理论体系，可有效防止混凝土裂缝，这一理论体系整体上是一项重要的创新。
（2）混凝土坝数字监控新理论和方法
混凝土坝传统的监控是仪器观测，不能给出大坝应力状态和安全系数。如目前混凝土拱坝的安全评估仍然采用拱梁分载法，不能考虑施工过程等因素。作者提出数字监控新理念和方法，由观测资料的反分析决定材料参数，用有限元方法根据实际施工过程和气候条件，计算从施工期到运行期的坝体应力、变位和安全系数。在施工期可根据当时实际状态和施工计划，预测完工后大坝的应力、变位和安全系数，如发现问题，可及时采取对策。在运行期，可考虑施工过程及运行条件计算大坝应力、变位和安全系数，对大坝安全进行评估，使大坝安全监控的精度大幅度提高。 （3）长期保温、全面温控的新理念
过去国内外只重视对寒潮的短期保温，由于气温年变化也能引起很大拉应力，本书作者提出长期保温、全面温控的新理念，利用泡沫塑料，这一新理念的应用，施工方便，价格低廉，效果明显。
（4）同时考虑水管冷却、天然冷却和水泥水化热的混凝土水管冷却等效热传导方程
τψθτφτ
∂∂+∂∂−+∂∂+∂∂+∂∂=∂∂00222222)()(w T T z T y T x T a T （1） 式中T—温度，τ—时间，T 0—混凝土初温，T w —冷却水温，θ0—混凝土最终绝热温升。由于冷却水管的间距为1.5m ×1.5m ，半径只有1.2cm ，如果直接用有限元计算，单元尺寸必须小到1.2cm 左右，对于几十米厚、几十米到几百米高的混
凝土坝，实际是很难计算的。采用式（1），冷却水管的作用在函数φ和ψ中考虑，用普通的有限元网格就可以计算温度徐变应力。
（5）水管冷却的新方式
小温差（分散温差）、早冷却、缓慢冷却的水管冷却新方式，在不影响施工进度、不增加投资的条件下，可有效降低拉应力。
（6）混凝土温度徐变应力的有限元算法
首次提出用有限元考虑施工过程及当地气候特点进行混凝土温度徐变应力计算的方法，给出了详细的计算公式。
（7）混凝土徐变理论的两个基本定理
[定理一] 符合比例变形条件的复合结构，在外力作用下，徐变不影响应力，只影响变位。
[定理二] 符合比例变形条件的复合结构，在温度作用下，徐变不影响变位，只影响应力，并可用松弛系数法计算。
（8）混凝土的半熟龄期τ1/2
首先提出混凝土弹性模量和绝热温升达到其最终值一半时的龄期称为半熟龄期，半熟龄期越大，混凝土成熟越慢，有利于散热，改变半熟龄期，可有效减小温度应力。
（9）解决重力坝加高问题的新思路
提出了一种新技术，可防止重力坝加高后，新老混凝土接缝的脱开，已在丹江口重力坝加高中应用
（10）混凝土徐变应力分析的隐式解法
在时段Δτn 内，徐变应变增量为
)()1(n n n sn r c n t C e n s τσωετ−Δ+−=ΔΔ−∑ （2） ωsn 为一循环公式，上式提高了应力分析的精度和效率。
（11）混凝土坝仿真计算
提出了混凝土坝仿真计算的方法和基本方程，可考虑坝址实际气候条件及混凝土分层浇筑、分区冷却、分区灌浆等十分复杂的施工过程和运行条件，计算混凝土坝从施工期到运行期的十分复杂的温度场和应力场的演变过程及各种温控措施的效果。
（12） 拱坝温度荷载计算
以前拱坝温度荷载采用美国垦务局经验公式Tm=57.57/（L+2.44）℃，式中Tm 是平均温度，L 是坝体厚度，这个公式有较大缺点：第一，它不能考虑坝址区气候条件，而各地气候条件差别很大；第二，它不能考虑上下游温差，拱坝上游面与库水接触，下游面与空气接触，上下游温差较大。
本书作者提出新的拱坝温度荷载计算公式如下：
0210
21d d d d m m m m T T T T T T T T −+=−+= （3）
式中Tm 为平均温度；T d 为上下游等效温差；T m0、T d0为封拱时的T m 、T d ；T m1、T d1为运行期年平均气温和水温引起的T m 、T d ；T m2、T d2为运行期水温和气温的年变化引起的的T m 、T d 。采用式（3）可根据当地气候条件计算拱坝温度荷载，已为拱坝设计规范应用。
蚊子网（13）水库水温计算公式
水库水温是大坝上游面的边界条件，过去没有计算公式，本书作者给出了算式：
)(cos )()(),(0εττωτ−−+=y A y T y T m （4）
式中y 为库水深度，τ为时间，T m （y ）为平均水温，A （y ）为水温年变幅，ω=2π/P ，P=1年，书中给出了各个参数的算式。上述算式已为拱坝设计规范采用。 ¾ 与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较
本书是目前全世界唯一的一本关于大体积混凝土温度应力温度控制的权威著作。国外一个著名出版社已签订合同计划出版本书英文版，目前正在翻译中。
目前国外出版了两本大体积混凝土温度方面的书：
（1）美国垦务局编，“Cooling of Concrete Dams”,1949.
（2）瑞士 A.Stuky 著，“Problems thermiques poses ba la construction des
barrages-reservoirs”,1957。
这两本书中列出了混凝土平板一维温度场的理论解和计算曲线，但完全没有接触温度应力；即使温度场的计算也只限于理论解，没有差分法和有限元法，不能考虑混凝土坝分层浇筑分区冷却的实际施工过程，计算结果与实际情况相差很远，实用价值不大。
引起大坝裂缝的是温度应力，而不仅是温度，还与约束条件、施工过程等有关。
水利电力出版社于1976年曾出版主要由本书作者编写的“水工混凝土结构的温度应力与温度控制”一书，但内容较少，也未曾报奖。
本书在水利水电工程中获广泛应用，本书虽然是为水利工程编写的，但在建筑学科中也得到一定应用。中国科学院科技信息研究所列举了我国每年各学科被引用最多的十本著作，本书每年均被列入水利学科或建筑学科。如表1所示。
表1 本书被引用情况
年份引用学科本书排序
2010 建筑学科 4
2009 水利学科 1
2008 建筑学科 7
2007 水利学科 1
2006 水利学科 1
由于本书的广泛应用，我国混凝土坝的裂缝近年已明显减少，并在世界上首先建成了数座无裂缝的大坝，包括三峡重力坝三期工程和三江河拱坝。
由于防止了裂缝，提高了大坝抗渗性和耐久性，减少了大坝维护费用，延长了大坝使用寿命，社会经济效益十分显著。
延时冲水阀
