论文题目: 混凝土坝施工期冷却水管降温及温控优化研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 杨磊
导师: 肖焕雄
关键词: 大体积混凝土坝,施工期,温度场,冷却水管,软件,仿真计算,温度控制措施,优化
文献来源: 武汉大学
发表年度: 2005
论文摘要: 水工混凝土建筑物一般体积都很大,而且由于施工和结构上的需要,常常是大块浇筑。混凝土中的水泥在水化硬结过程中,会发生数量可观的水化热,使混凝土在浇筑后的几天内,内部温度很快上升,当达到最高温度后温度开始下降。但因混凝土是一种导热性能极为不良的材料,如果任其自然散发,有时需要上十年甚至上百年的时间,坝体内部的温度才会达到稳定温度。从工程及时受益的要求来看,需要采取人工冷却措施来降低坝体混凝土的温度。另外,混凝土温度的大幅变化也可能会使混凝土产生表面裂缝或深层贯穿裂缝,这对于结构作用和建筑物防渗都是不利的,也需要采取人工冷却措施来降低坝体混凝土的温升。 混凝土坝的人工冷却方法有很多种,在工程实践中采用最多的是埋设冷却水管。根据降温的阶段目的,冷却水管的整个运行过程可分为两期,即初期冷却和后期冷却。初期冷却是在混凝土初凝以后,甚至常在混凝土浇筑时即行开始,目的在于削减混凝土水泥水化热峰值,减少水化热引起的温差,从而降低由水化热温差引起的温度应力,满足允许温差的要求。后期冷却在水泥水化热作用已基本完结之后的某一时间开始,目的在于使混凝土温度降到接缝灌浆所需的稳定温度。 由冷却水管的使用过程可以看出:冷却水管的初期冷却往往与混凝土浇筑层的散热结合在一起,其降温冷却效果的影响因素较多,控制标准严格。这就使得我们不能采用传统的方法,而必须借助于有限单元法来分析初期水管冷却的温度计算问题。 自上世纪30年代美国在胡佛坝首次采用水管冷却以来,随着这种冷却方式的广泛采用,经过各国学者的努力,有关水管冷却作用的温度计算问题,相继得到了解析解答和数值解答。在最初一段时间,由于受到计算方法和计算机运算速度、内存容量的影响,对水管冷却作用的温度计算问题多采用平面有限单元法进行分析计算。在这方面,朱伯芳、蔡建波提出用杂交单元来进行求解;陈里红、傅作新提出用随施工过程不断变化的粗细结合的多重有限元网格法来进行单元网格的划分,进而进行求解。 近年来,我国在研究大体积混凝土结构全过程温度场和温度徐变应力场有限元计算方面做了大量开创性的工作。在温度场分析中,冷却水管的降温作用主要是采用中国工程院院士朱伯芳提出的等效算法。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 问题的提出
1.2 国内外研究概况及发展趋势
1.2.1 冷却水管初期冷却计算的平面有限元法
1.2.2 后期冷却计算的理论分析及传统解法
1.2.3 冷却水管冷却计算的等效算法
1.3 本文研究思路及主要研究内容
第2章 温度场的有限元基本理论
2.1 导热微分控制方程
2.2 考虑水管冷却效果的混凝土等效热传导方程
2.2.1 无热源水管冷却问题
2.2.2 有热源的水管冷却问题
2.2.3 考虑水管冷却效果的混凝土等效热传导方程
2.3 初始条件及边界条件
2.3.1 初始条件
2.3.2 边界条件
2.4 太阳辐射影响
2.5 水泥水化热与混凝土绝热温升
2.5.1 水泥水化热
2.5.2 混凝土绝热温升
2.6 气温与库水温度
2.6.1 气温
2.6.2 库水温度
2.7 变分原理
2.7.1 平面问题
2.7.2 空间问题
2.8 瞬态温度场有限元计算原理
2.8.1 不稳定温度场的显式解法
2.8.2 不稳定温度场的隐式解法
第3章 大体积混凝土坝水管冷却计算仿真的ANSYS方法
3.1 ANSYS简介
3.2 ANSYS热分析
3.2.1 控制微分方程
3.2.2 ANSYS热分析的热传递方式
3.2.3 ANSYS热分析分类
3.2.4 ANSYS热分析的边界条件、初始条件
3.2.5 ANSYS静力分析
3.3 ANSYS热耦合分析
3.4 用ANSYS耦合热分析模拟混凝土坝施工期冷却水管降温温度场
3.4.1 理论上的可行性
3.4.2 实现过程
3.4.3 温度场仿真中的几个关键问题
第4章 大体积混凝土坝施工期冷却水管温度场研究
4.1 基本资料
4.1.1 计算模型
4.1.2 结构材料特性
4.1.3 气温和水温资料
4.1.4 施工条件
4.2 仿真过程
4.2.1 有限元模型
4.2.2 施工过程模拟
4.2.3 冷却水管冷却降温模拟
4.3 坝体温度场计算成果及分析
4.3.1 稳定温度场计算成果
4.3.2 施工期无水管冷却温度场(方案1)模拟计算成果
4.3.3 施工期有水管冷却的温度场(方案2)模拟计算成果
4.3.4 施工期有水管冷却的温度场(方案3)模拟计算成果
4.3.5 施工期有水管冷却的温度场(方案4)模拟计算成果
4.3.6 施工期有水管冷却的温度场(方案5)模拟计算成果
4.3.7 施工期有水管冷却的温度场(方案6)模拟计算成果
4.3.8 施工期有水管冷却的温度场(方案7)模拟计算成果
4.3.9 施工期有水管冷却的温度场(方案8)模拟计算成果
4.4 影响坝体冷却效果的因素分析
4.4.1 冷却水管间距的选择与计算
4.4.2 管径及管材的确定
4.4.3 水管流量的选择
4.4.4 冷却水温的确定
4.4.5 水管长度的确定
4.4.6 通水持续时间的确定
第5章 大体积混凝土坝温控标准与防裂措施
5.1 温度控制原理
5.2 混凝土施工中的传热传质解算
5.3 温度控制标准
5.3.1 基础温差
5.3.2 上下层温差
5.3.3 防止表面裂缝温控标准
5.4 温度控制措施
5.4.1 保证并力争提高混凝土抗裂能力
5.4.2 合理分缝分块
5.4.3 合理安排混凝土施工程序和施工进度
5.4.4 合理选择及使用水泥
5.4.5 混凝土出机前温控制措施
5.4.6 运输及浇筑时的温控措施
5.4.7 控制坝体最高温度
5.4.8 通水冷却
5.4.9 表面保护
第6章 大体积混凝土坝温控措施优化研究
6.1 大坝混凝土温控措施整体优化的数学模型
6.1.1 变量的选取
6.1.2 目标函数
6.1.3 模型的约束条件
6.1.4 模型的求解
6.2 程序的应用及成果的一般性分析
6.2.1 程序的应用
6.2.2 温控措施的一般性分析
第7章 结语与展望
7.1 结语
7.2 展望
参考文献
致谢
发布时间: 2006-03-27
参考文献
- [1].混凝土坝水管尺度级别温度场模拟研究[D]. 左正.清华大学2015
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