碾压混凝土坝温度场反分析研究

论文摘要

碾压混凝土筑坝技术由于具有诸多优点而在近几十年得到了快速发展,建坝高度也越来越高。但是,由于碾压混凝土水化热、散热条件和方式方面与常态混凝土筑坝有明显的区别,大体积混凝土所具有的温度应力与温度控制问题在碾压混凝土坝中同样存在,且具有其自身的特点。只有了解这些特点和规律才能制定出科学的温控措施保证大坝的安全。其中,碾压混凝土的热学参数的确定一直是工程上的难点。目前,热学参数的获取大部分是通过实验得来的,由于和工程实际相差较大,导致实验结果与实际相差甚远。而温度场的反分析为热学参数的获取提供了另一条有效的方法。本文研究的目的是通过相关理论研究,寻求有效的碾压混凝土坝温度场反分析方法,并通过计算机语言编制一种通用的碾压混凝土坝的温度场反分析可视化程序。通过实际工程的反馈分析及时地改进设计方案,指导施工并提出更为科学、有效的施工措施,及时正确地为实际工程服务。通过分析碾压混凝土坝温度场反问题的自身特点,本文从反分析的最优化数学模型出发,提出基于可变容差的碾压混凝土坝温度场反分析方法,并开发了相应的可视化程序模块,实现了与原有RCTS程序的成功嵌套。通过对算例的计算,验证了程序的可行性和有效性。温度场反分析的计算量主要是由正分析模块产生的,为了有效减少计算时间,提高反分析效率,本文在正分析中采用三维浮动网格模型,可以在不降低计算精度的前提下使计算规模降低,大大提高了计算效率。结合某碾压混凝土重力坝实际工程,利用坝体大量温度测量结果对其混凝土热学参数进行了反演分析。从温度场反馈分析结果可以看出,计算得到的温度场与实际温度场比较接近,因此,在坝体温度场反馈分析完成的基础上计算的温度应力场也能够反映其真实情况,进而可以有效指导温控措施的实施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 碾压混凝土坝的发展概况
• 1.1.2 碾压混凝土坝的温控问题
• 1.1.3 反分析在水利工程中的应用及在温控中的应用概况
• 1.1.4 温度场反问题的提出
• 1.1.5 温度场反分析的意义
• 1.2 反问题概述
• 1.3 当前温度场反分析现状及存在问题
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 存在问题
• 1.4 本文的研究目的和内容
• 1.4.1 研究的主要目的
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 2 温度场和温度应力场计算原理
• 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
• 2.7 温度场的三维有限元浮动网格法
• 2.7.1 浮动网格法仿真模型
• 2.7.2 网格浮动时间确定及误差分析
• 2.7.3 浮动网格法的可行性
• 2.8 本章小结
• 3 反分析基本原理与方法
• 3.1 工程反问题的特点
• 3.2 工程反问题的求解方法
• 3.2.1 采用等式定义反问题的解
• 3.2.2 采用求极值定义反问题的解
• 3.3 可变容差法
• 3.4 本章小结
• 4 碾压混凝土坝温度场反分析研究
• 4.1 热学参数反分析解析解
• 4.1.1 导温系数a的反分析
• 4.1.2 虚厚度d的反分析
• 4.2 模型建立
• 4.2.1 本文反问题的描述
• 4.2.2 碾压混凝土坝三维非稳定温度场反分析模型的建立
• 4.3 可变容差法在温度场反分析中的应用
• 4.4 可视化编程实现
• 4.4.1 程序总体结构
• 4.4.2 前处理可视化设计
• 4.5 程序验证
• 4.6 本章小结
• 5 某碾压混凝土坝温度场反分析应用
• 5.1 工程概况与基本资料
• 5.1.1 工程概况
• 5.1.2 工程基本资料
• 5.2 实测温度的采集
• 5.2.1 分布式光纤传感监测
• 5.2.2 测点的布置
• 5.3 温度场反分析
• 5.3.1 温度场正分析模型的建立
• 5.3.2 某碾压混凝土坝温度场反分析
• 5.4 温度场反馈分析
• 5.4.1 准稳定温度场计算成果分析
• 5.4.2 非稳定温度场计算成果分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录