论文摘要
在大体积混凝土施工过程中预埋冷却水管，利用冷却水管中循环冷水的流动降低混凝土内部水泥的水化热温升，是混凝土温度控制的最有效措施之一。以往在含冷却水管的混凝土温度场仿真计算中，等效负热源法是在只考虑水管散热不考虑边界散热的情况下得到绝热温升曲线，计算误差较大；子结构法计算精度有所提高，建模过程复杂，计算量增大；杂交元等与理论解结合的方法能够更加准确地计算水管周边的温度梯度，但有限元列式十分繁琐，不便于应用。本论文提出了全新水管冷却模拟方法，建立了冷却水管单元。其基本原理是：在水管周围自动进行相似网格剖分，利用相似单元劲度矩阵之间的关系，进行相似单元的凝聚，以及热源荷载及水管散热边界的凝聚，从而实现普通单元与相似单元的协调应用。本文提出具有高精度的含有冷却水管的大体积混凝土温度场的计算模型，并编制平面温度场水管冷却的相似有限元计算程序。应用冷却水管单元，通过对无限长圆柱域冷却问题计算结果与理论解的比较，验证冷却水管单元的可行性与准确性；分析了不同有限元网格划分对计算精度影响，表明冷却水管单元的引入，无需在水管附近进行密集剖分，从而大大降低了前后处理的数据量和计算量；研究了混凝土表面散热对水管冷却效果的影响，说明采用冷却水管方法是大体积混凝土非常有效的温控措施；通过分析分层浇筑中冷却水管的影响，进一步证实冷却水管单元的实用性。冷却水管单元的引入，丰富了有限元计算单元库，显著地减化前后处理工作量，能够提高水管冷却计算的准确性，解决计算速度与计算精度的矛盾，具有很大的优越性。