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万家口子碾压混凝土拱坝温控施工仿真分析

作 者: 廖勇刚
导 师: 张仲卿
学 校: 广西大学
专 业: 水工结构工程
关键词: 碾压混凝土拱坝 施工仿真 温控措施 自生体积变形 氧化镁混凝土 万家口子
分类号: TV544.921
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要


随着我国100米级的石门子、招徕河、沙牌、大花水等碾压混凝土拱坝的建成,坝高167.5米的万家口子拱坝的开建,中国碾压混凝土筑坝技术得到进一步发展,取得的相关科研成果达到国际先进水平。大体积混凝土结构仿真分析是研究高碾压混凝土拱坝的强有力工具,即通过模拟施工过程、接缝、人工冷却等温控措施,利用有限元法进行数值计算来分析与时程相关的坝体温度场和徐变应力场;通过仿真分析,可为高拱坝的设计和施工如工期安排、分缝设计、通水冷却措施等提供参考。广西电力工业勘察设计院委托导师张仲卿教授进行万家口子地质力学模型试验研究,本文依托万家口子碾压混凝土拱坝工程,在实验室有限元仿真分析算法基础上,对体型修改设计后的万家口子拱坝进行施工期温控仿真分析。论文主要基于通用有限元软件,进行了以下研究工作:(1)总结导师张仲卿教授领导的实验室在大体积混凝土结构施工仿真分析算法的发展情况及其相关研究成果。基于等效温差简化模拟混凝土体积变形理论,在现有算法基础上提出利用等效热量来实现混凝土体积变形在大规模有限元模型的仿真分析,编制的仿真分析程序还可以实现模拟掺氧化镁混凝土的延迟性膨胀特性。(2)对加高10米后的万家口子拱坝(坝高167.5米)进行无缝施工仿真分析,对比实验室此前对坝高157.6米的坝体温度场和徐变应力场研究,分析其温度场和应力场,作为分缝设计、制定其他温控措施依据。(3)对工程进行了2条横缝加4条诱导缝的分缝设计,并制定其他相应的温控措施。编制万家口子拱坝温控仿真分析计算程序计算坝体温度徐变应力,分析仿真计算结果,论证此分缝方案的可行性。(4)基于考虑了自生体积变形和温控措施的坝体温度场、应力场计算成果,评价分缝方案等温控措施的采用对坝体应力水平的影响,为万家口子拱坝工程提出温控建议。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 碾压混凝土筑坝技术发展概述  12-16
    1.1.1 中国碾压混凝土筑坝技术CRC的发展  12-15
    1.1.2 日本、美国及其他国家和地区的概况  15-16
  1.2 碾压混凝土拱坝温度裂缝与温控措施概述  16-18
  1.3 碾压混凝土拱坝仿真分析研究现状  18-24
    1.3.1 碾压混凝土拱坝仿真分析的意义  18-19
    1.3.2 坝工仿真分析进展概述  19-21
    1.3.3 拱坝施工仿真分析面临的问题  21-24
  1.4 选题背景简介  24-25
  1.5 本文主要研究内容及技术路线  25-27
  1.6 本章小结  27-28
第二章 有限元仿真分析理论  28-44
  2.1 坝体温度场计算原理  28-31
    2.1.1 热传导原理  28-30
    2.1.2 热传导微分方程求解方法  30-31
  2.2 坝体徐变应力场有限元理论  31-35
    2.2.1 徐变及其表达式  32-33
    2.2.2 有限元法混凝土的徐变应力隐式解法  33-35
  2.3 诱导缝等效强度模型  35-37
    2.3.1 诱导缝的设置原理  36
    2.3.2 诱导缝的计算处理  36-37
  2.4 横缝有限元理论与模型  37-43
    2.4.1 关于横缝的接触非线性理论  38
    2.4.2 接触问题的有限元算法方程与求解  38-39
    2.4.3 点面接触物理模型分析接触问题的原理  39-42
    2.4.4 采用有厚度薄层单元模拟横缝  42-43
  2.5 本章小结  43-44
第三章 基于通用有限元软件的仿真分析算法  44-62
  3.1 大体积混凝土结构的仿真分析算法  44-46
  3.2 仿真分析算法在软件平台上的实现  46-60
    3.2.1 坝体混凝土浇筑过程的模拟  46-50
    3.2.2 坝体碾压混凝土浇筑层温度初始条件  50-51
    3.2.3 有限元仿真分析模型的边界条件  51-52
    3.2.4 碾压混凝土水化热模拟  52
    3.2.5 非金属管通水冷却模拟  52-53
    3.2.6 坝面保温材料选取及其模拟  53
    3.2.7 混凝土材料性质模拟  53-55
    3.2.8 高拱坝坝基初始地应力  55
    3.2.9 拱坝接缝模拟  55-57
    3.2.10 混凝土自生体积变形及掺氧化镁混凝土延迟性膨胀  57-60
  3.3 计算简化处理  60-61
  3.4 本章小结  61-62
第四章 万家口子无缝坝体温度应力场分析  62-76
  4.1 万家口子工程基本资料  62-66
    4.1.1 工程任务和规模  62-63
    4.1.2 万家口子坝址施工期气象水文资料  63
    4.1.3 混凝土热、力学性能参数  63-66
  4.2 无缝坝体有限元计算模型  66-68
    4.2.1 万家口子碾压混凝土拱坝体型参数  66-67
    4.2.2 仿真计算参数选取  67-68
  4.3 计算结果分析  68-74
    4.3.1 温度场结果分析  68-70
    4.3.2 应力场结果分析  70-74
  4.4 温控措施的制定  74-76
第五章 万家口子拱坝温控仿真分析  76-107
  5.1 仿真分析所采取的温控措施  76-78
    5.1.1 分缝设计  76-77
    5.1.2 一期通水冷却  77-78
    5.1.3 坝体永久保温  78
  5.2 仿真计算前期处理工作  78-80
    5.2.1 有限元整体模型  78-79
    5.2.2 体积变形的模拟  79
    5.2.3 其他因素的考虑  79-80
  5.3 仿真计算结果分析  80-98
    5.3.1 未考虑自生体积变形的应力场计算结果  80-90
    5.3.2 考虑自生体积变形的应力场计算结果  90-97
    5.3.3 温度场、应力场仿真分析结果分析  97-98
  5.4 掺氧化镁混凝土的坝体应力场计算结果  98-105
    5.4.1 应力场计算结果  98-104
    5.4.2 掺氧化镁混凝土对坝体应力的影响分析  104-105
  5.5 本章小结  105-107
第六章 结论与展望  107-109
  6.1 结论  107-108
  6.2 展望  108-109
参考文献  109-113
致谢  113-114
发表论文  114

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程施工 > 各种工程、工种 > 一般混凝土及加筋混凝土工程 > 特种混凝土施工 > 碾压混凝土施工
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