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核反应堆厂房基础整浇温度应力有限元分析及测试研究
作 者: 张忠
导 师: 陈志华
学 校: 天津大学
专 业: 结构工程
关键词: 整体浇筑 大体积混凝土 温度应力 有限元 测试 动态设计养护法 核反应堆厂房基础
分类号: TU476.1
类 型: 博士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
核电站基础是反应堆厂房主要支撑结构,一方面建于沿海地区,受到海水侵蚀,另一方面也是防止核泄露,因此对其施工裂缝控制要求很严。核电站基础浇筑量大、混凝土强度高、水化热大,核电站混凝土特殊性能使得施工常规降低水化热措施无法使用,国内外一直采用分层分段小体量多次浇筑的施工方式,施工周期长并且均不可避免的出现了较多裂缝,处理裂缝对施工进度也造成了一定影响。随着核电市场的急剧扩张及减少施工层段数对总体工期缩短的明显有利作用,实施多层段合并为一次整体性浇筑,温度裂缝能否得到有效控制成为当前的一大尖锐课题。本文提出了多层段合并为整体浇筑的可行性问题并开展以有限单元法理论为基础的大体积混凝土温度及温度应力应变场分析和测试研究,试图揭示大体积混凝土温度应力发生、发展规律,为指导混凝土施工养护、裂缝控制提供基本理论依据。课题基于理论分析与测试比较,通过编制有限元分析程序,建立和优化基础整体有限单元模型,对整浇全程进行深入全面的仿真分析,研究了基础不同浇筑厚度、垫层不同滑动能力、不同养护方式及技术指标对施工温度应力的影响,验证了实施多层整体浇筑的可行性与优越性、防水层兼做滑动层的必要性、动态有差别施工养护方式和技术指标对于调整温度应力场及降低混凝土开裂风险的重要性。同时课题还对混凝土的收缩进行了较全面的研究,研制了混凝土的无约束监测装置,对核电特定配合比混凝土的收缩进行监测和分析。总之,课题提出了“动态设计养护法”,给出了大体积混凝土施工裂缝控制一类问题的一般处理思路和方法,为科学制定和优化设计施工方案提供基本依据。实践表明,本研究方法进行的理论分析及其指导下的大体积混凝土施工,开拓了设计施工技术空间,保证了混凝土浇筑质量,赢得了工期和积累了经验,为后续我国核电几十台机组基础混凝土整体浇筑成功实践和推广应用奠定了坚实基础,为国民经济建设创造了相当可观的经济和社会效益。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 第一章 绪论 8-15 1.1 核电整体浇筑的研究意义 8-10 1.2 核电大体积混凝土浇筑的历史、现状及存在问题 10-11 1.3 大体积混凝土温度应力理论研究历史与现状 11-13 1.4 大体积混凝土温度应力理论分析方法 13-14 1.4.1 解析法 13 1.4.2 实用算法 13 1.4.3 数值法 13-14 1.5 本课题研究主要内容 14-15 第二章 大体积混凝土的热力学基础 15-19 2.1 瞬态热分析原理 15-16 2.2 瞬态热应力分析原理 16-18 2.3 耦合分析方法 18-19 第三章 核电基础整体浇筑温度场有限元分析 19-32 3.1 有限单元法及 ANSYS 程序概述 19-20 3.1.1 有限单元方法 19-20 3.1.2 ANSYS 程序简介 20 3.2 本课题程序编制思路、方法及假设 20-21 3.2.1 程序编制思路 20-21 3.2.2 计算方法 21 3.2.3 计算假设 21 3.3 温度场有限元计算模型 21-25 3.3.1 模型的假设 21-23 3.3.2 建模方式 23 3.3.3 单元选择 23 3.3.4 边界条件 23-24 3.3.5 计算参数 24-25 3.4 温度场计算及结果分析 25-30 3.4.1 温度及分析 25-28 3.4.2 里表温差及分析 28-29 3.4.3 降温速率及分析 29-30 3.5 本章小结 30-32 第四章 核电基础整体浇筑应力应变场有限元分析 32-41 4.1 应力场有限元计算模型 32-34 4.1.1 模型的假设 32 4.1.2 建模方式 32-33 4.1.3 单元选择 33 4.1.4 边界条件 33 4.1.5 计算参数 33-34 4.2 应力应变场计算及结果分析 34-39 4.2.1 径向、环向应变 34-36 4.2.2 径向、环向应力 36-39 4.3 本章小结 39-41 第五章 不同浇筑厚度对温度及温度应力影响分析 41-63 5.1 厚度及对温度、温度应力影响介绍 41-42 5.2 有限元计算模型 42-44 5.3 计算初始条件 44-45 5.4 计算及结果分析 45-62 5.4.1 不同厚度基础温度场分析 45-54 5.4.2 不同厚度基础应力场分析 54-62 5.5 本章小结 62-63 第六章 不同滑动能力对温度应力的影响分析 63-70 6.1 滑动层及影响介绍 63-64 6.2 有限元计算模型 64-65 6.3 计算初始条件 65-66 6.4 计算及结果分析 66-69 6.5 本章小结 69-70 第七章 不同养护方式对温度应力影响分析 70-85 7.1 养护方式及影响介绍 70-71 7.2 有限元计算模型 71-72 7.3 计算初始条件 72-74 7.4 计算及结果分析 74-83 7.5 本章小结 83-85 第八章 工程应用研究 85-101 8.1 监测系统研究 85-88 8.1.1 应变及测温元件 85-86 8.1.2 监测仪表及采集系统 86 8.1.3 测点设计 86-88 8.2 养护指标及监控指标设计 88-89 8.2.1 养护指标设计 88 8.2.2 监控指标设计 88-89 8.3 动态养护 89 8.4 监控及吻合性分析 89-97 8.4.1 温度及分析 89-91 8.4.2 里表温差及分析 91-92 8.4.3 降温速率及分析 92-94 8.4.4 应变及分析 94-97 8.4.5 吻合性分析 97 8.5 收缩研究 97-100 8.5.1 无约束监测装置研制 97 8.5.2 无约束应变分析 97-98 8.5.3 应用及监测成果 98-100 8.6 应用总结 100-101 第九章 结论及展望 101-104 9.1 论文主要工作及结论 101-102 9.2 展望及建议 102-104 参考文献 104-111 发表论文和参加科研情况说明 111-113 致谢 113
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 特殊形式基础 > 动力机械基础
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