某水闸工程混凝土温控措施研究

论文摘要

影响混凝土裂缝的主要因素包括混凝土温差、自生体积收缩变形、线膨胀系数、弹性模量、混凝土徐变度、基础对混凝土或老混凝土对新混凝土的变形约束、浇筑块长度和厚度、极限拉伸值、表面放热性能、养护措施和结构分缝分块情况以及施工分层情况等,而且这些因素都与时间有关。混凝土裂缝不是单纯的结构问题,而是由结构设计、材料的热学和力学性能、施工方法与工艺以及各种施工防裂措施等综合性问题。本文在深入系统学习并总结他人研究成果的基础上,以刘家道口水闸工程为依托,对其温度场和温度应力场进行了数值仿真计算,并对混凝土热学参数的反演计算分析进行了研究。通过对刘家道口水闸枢纽工程汛前施工的12种工况(包括寒潮、昼夜温差、冷却水管布置,冷却水管的通水时间,保温材料的不同厚度与保温时间)的温度场和温度应力进行数值仿真计算分析,制定出经济可行的汛前施工方案,以满足温控防裂要求；对施工现场温度观测资料进行反演计算分析,确定混凝土材料的热学参数和计算边界特性参数,包括施工模板物盖条件下的混凝土表面热交换系数的大小等,在此基础上对汛后秋季混凝土的施工方法和温控措施进行了系统的计算研究,提出了汛后秋季施工的温控措施,为该工程温控设计与施工提供了重要依据。本文研究结果和刘家道口水闸现场施工防裂效果表明大体积混凝土结构施工期进行温度场和应力场的仿真计算分析和施工期间动态跟踪检测和反演计算研究是值得大力提倡的,它能在施工过程中根据实测温度反演计算出混凝土的热学参数,动态优化后续施工的温控方案；能够在第一时间掌握施工中裂缝出现的真正原因,从而动态优化后续施工中的温控措施,避免裂缝出现；汛前施工和汛后秋季节施工的不同工况计算分析表明,最有效的施工防裂措施是混凝土内部的水管冷却措施,也是经济易行且比较可靠的工程措施,具有广阔的工程应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出
• 1.3 温度问题的研究方法及研究现状
• 1.3.1 水工大体积混凝土温度场及应力场的研究方法
• 1.3.2 水工大体积混凝土温度场及应力场的研究现状
• 1.4 水工大体积混凝土的主要温控措施
• 1.5 温度场反分析方法
• 1.6 研究意义与目的
• 1.7 研究方法与内容
• 2 大体积混凝土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 温度场的几个基本概念
• 2.1.3 热传导问题的定解条件
• 2.1.4 非稳定温度场的有限单元法隐式解法
• 2.2 水管冷却混凝土温度场的有限元迭代求解
• 2.2.1 水管冷却空间温度场
• 2.2.2 沿程水温增量的计算
• 2.2.3 水管冷却混凝土温度场的迭代求解
• 2.3 大体积混凝土应力场的有限单元法
• 2.3.1 混凝土的变形
• 2.3.2 大体积混凝土温度徐变应力的有限元隐式解法
• 3 混凝土热学参数反演原理与方法
• 3.1 概述
• 3.2 参数辨识方法
• 3.3 遗传算法原理
• 3.4 基本遗传算法
• 3.5 加速遗传算法
• 3.6 改进加速遗传算法
• 4 工程算例计算
• 4.1 工程概况
• 4.2 基本资料
• 4.3 计算模型及边界条件
• 4.4 汛前计算与成果分析
• 4.4.1 汛前计算工况
• 4.4.2 汛前计算成果分析
• 4.4.3 汛前施工温控防裂指标和方案
• 5 反演计算分析
• 5.1 参数反演计算结果
• 5.2 反演计算结果分析
• 6 汛后计算成果与分析
• 6.1 汛后计算特征点布置
• 6.2 汛后计算工况
• 6.3 汛后计算成果分析
• 6.3.1 汛后计算成果
• 6.3.2 汛后温度计算结果分析
• 6.3.3 汛后应力计算结果分析
• 7 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录