严寒地区碾压混凝土坝越冬层面温度应力控制仿真分析

论文摘要

在大体积混凝土结构中,温度应力和温度控制具有重要的意义。碾压混凝土坝与常态混凝土坝相似,同样存在着温度裂缝问题。对碾压混凝土坝,虽然水化热温升较常态混凝土坝低,但由于其材料特性和施工特点,因此坝体温度应力成为了不能忽视的问题。尤其是在严寒地区,恶劣气候条件和采用冬季长间歇式施工方式使得在混凝土坝越冬层面附近,容易产生较大的上下层温差和较大的内外温差,从而在上下游表面附近引起较大的拉应力集中,并且在越冬停浇面中间部位引起较大的水平拉应力。为混凝土的防裂带来较大的困难。本文研究施工期在越冬停浇面上设一条人工温度应力释放缝并结合对越冬层进行保温措施,以达到控制越冬层面温度应力的目的。论文根据热传导理论,三维有限元理论,推导了三维温度场有限元计算公式;根据热力学基本理论,三维有限元理论和混凝土徐变理论,推导了三维温度徐变应力场的有限元计算公式。在研究方法上采用三维有限元浮动网格法仿真程序来实现对越冬层面温度控制的仿真计算。论文通过某典型算例对碾压混凝土坝越冬层面不采取温控措施,采取设缝不保温和采取保温设缝三种方案的施工期和运行期温度徐变应力场进行了全过程仿真计算分析。较为系统的研究了越冬层面采取温控综合措施对坝体温度裂缝控制的积极作用。计算结果表明采用保温和设温度应力释放缝的措施能显著改善由于越冬层面长间歇引起的坝体开裂问题。该项研究为解决严寒地区高碾压混凝土重力坝由越冬层长间歇引起的混凝土开裂问题提供了一条新途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 碾压混凝土重力坝的发展概况及其特点
• 1.1.1 碾压混凝土重力坝的发展概况
• 1.1.2 碾压混凝土坝温度应力场的研究现状
• 1.1.3 碾压混凝土坝的主要特点
• 1.2 碾压混凝土坝温控止裂的主要措施
• 1.2.1 裂缝的分类
• 1.2.2 温控止裂的主要措施
• 1.3 碾压混凝土坝温度应力问题及研究方法
• 1.3.1 碾压混凝土坝的温度应力问题
• 1.3.2 碾压混凝土坝温度场的研究方法
• 1.3.3 碾压混凝土坝温度应力场的研究方法
• 1.4 本文研究的主要问题及内容
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 2 温度场和温度徐变应力场三维有限元计算原理
• 2.1 热传导基本理论
• 2.1.1 热传导方程
• 2.1.2 导热问题的定解条件
• 2.2 三维有限元基本理论
• 2.3 稳定温度场三维有限元计算公式
• 2.4 非稳定温度场有限元计算公式
• 2.5 温度应力有限元计算公式
• 2.5.1 由变温引起的等效结点荷载计算
• 2.5.2 弹性体变温应力的有限元计算
• 2.6 混凝土徐变应力分析
• 2.6.1 混凝土的变形
• 2.6.2 混凝土的徐变变形
• 2.6.3 混凝土温度徐变应力分析的有限单元法
• 3 碾压混凝土重力坝应力释放缝及混凝土保温的研究与应用
• 3.1 三维有限元浮动网格法
• 3.2 坝体应力释放缝在温度应力场仿真分析中的模拟
• 3.3 计算原理
• 3.4 对温度应力释放缝的模拟的实现
• 3.5 保温层厚度计算
• 3.5.1 边界条件
• 3.5.2 等效厚度法计算保温厚度
• 4 程序设计及验证
• 4.1 模型处理
• 4.2 程序总体结构
• 4.2.1 前处理系统设计
• 4.2.2 程序内核系统
• 4.2.3 后处理系统设计
• 4.3 程序验证
• 4.3.1 温度场程序验证
• 4.3.2 应力场程序验证
• 5 工程算例分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 基本资料
• 5.2.1 气温和水温
• 5.2.2 混凝土热力学参数
• 5.2.3 施工进度及蓄水过程
• 5.3 计算方案及计算模型
• 5.3.1 计算方案
• 5.3.2 计算模型
• 5.4 计算成果分析
• 5.4.1 成果分析说明
• 5.4.2 温度应力场仿真计算成果
• 5.4.3 温度应力场仿真计算成果分析
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录