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堆石混凝土热学性能试验与温度应力研究

作　者: 潘定才
导　师: 金峰
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 堆石混凝土绝热温升温度监测反演分析温度应力仿真
分类号: TV315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 41次
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内容摘要

在大体积混凝土的工程建设中,由于温度因素造成混凝土裂缝的情况时有发生,所以研究混凝土结构的温度应力问题有重要意义。虽然混凝土裂缝的产生机理很复杂,但是如果能够综合考虑大体积混凝土结构的施工和运行过程,气温、水温、水位变化过程,混凝土水化温升、弹性模量增长、徐变变形、自生体积变形等混凝土材料的热力学特性因素,对混凝土结构的施工期和运行期进行全过程的温度应力模拟,就可以从总体把握大体积混凝土结构开裂的可能性,指导采用合理的防裂措施,最大程度地避免混凝土裂缝的产生。堆石混凝土是在自密实混凝土技术基础上发展出的一种新型大体积混凝土施工技术,其技术核心在于利用自密实混凝土的自密实性能,充分填充堆石体的空隙,从而得到密实、具有足够强度、抗渗和耐久性能的堆石混凝土。根据已有的研究成果,堆石混凝土在粒径不超过1m时,其温度特性可以认为是均匀连续体,可以用各向同性的均匀材料来表示。本文首先通过自密实混凝土绝热温升试验和堆石混凝土绝热温升试验,研究了自密实混凝土与堆石混凝土的绝热温升规律,获得堆石混凝土绝热温升参数。与此同时,通过堆石混凝土现场温度监测试验,获得了工程现场堆石混凝土的实测温度数据,通过反演分析,得到了堆石混凝土的导热系数、比热、绝热温升、表面散热系数等混凝土热学性能参数,并与室内试验的结果对比,获得了堆石混凝土在工程现场的实际水化温升规律。最后对坝基回填堆石混凝土的沙坪二级水电站混凝土闸坝工程进行了施工期、过水期和运行期的精细仿真计算,分析了温度场和应力场结果。计算结果表明,堆石混凝土在大体积混凝土施工中拥有良好的性能,由于其单方水泥用量少,有效地降低了混凝土的水化温升,后期在混凝土结构中不会产生过大的拉应力。此外,堆石混凝土抗拉强度较大,保证了堆石混凝土结构的安全性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-19
  1.1 大体积混凝土温度应力问题的研究意义  9-12
    1.1.1 二滩拱坝  10
    1.1.2 陈村重力拱坝  10-11
    1.1.3 德拉根双曲拱坝  11
    1.1.4 响水拱坝  11-12
  1.2 大体积混凝土温度应力仿真分析的研究进展  12-14
  1.3 混凝土温度场反演分析概述  14-16
  1.4 堆石混凝土简介  16-17
  1.5 本文的主要工作  17-19
第2章混凝土温度应力仿真分析的基本理论  19-30
  2.1 热传导基本方程及边界条件  19-21
  2.2 求解温度场问题的泛函描述  21-22
  2.3 不稳定温度场的有限单元法求解  22-24
  2.4 混凝土绝热温升及水管冷却  24-26
  2.5 混凝土的弹性模量  26-27
  2.6 混凝土的徐变及应力场求解  27-30
第3章堆石混凝土绝热温升试验  30-37
  3.1 自密实混凝土绝热温升试验  30-32
  3.2 小粒径堆石混凝土绝热温升试验  32-34
  3.3 堆石混凝土绝热温升  34-36
    3.3.1 最高绝热温升  34-35
    3.3.2 绝热温升曲线  35-36
  3.4 试验小结  36-37
第4章堆石混凝土温度监测与热学参数反演分析  37-58
  4.1 堆石混凝土的温度监测试验  37-43
    4.1.1 试验目的  37-38
    4.1.2 堆石混凝土多点温度监测系统  38-39
    4.1.3 试验步骤及内容  39-40
    4.1.4 试验实测数据分析  40-43
  4.2 反演分析方法  43-46
    4.2.1 反演分析步骤  43-44
    4.2.2 坐标轮换法  44-46
  4.3 堆石混凝土热学参数反演分析  46-58
    4.3.1 有限元模型  46
    4.3.2 计算时段选取  46-47
    4.3.3 温度边界条件  47-48
    4.3.4 温度计算参数  48
    4.3.5 反演分析结果  48-58
第5章沙坪混凝土闸坝温度应力仿真分析  58-132
  5.1 沙坪二级水电站工程概况  58-59
  5.2 计算模型与计算参数  59-72
    5.2.1 计算模型与有限元网格  59-61
    5.2.2 坝体混凝土和基岩热力学参数  61-63
    5.2.3 边界条件  63-67
    5.2.4 坝体稳定温度场  67
    5.2.5 施工控制进度与浇筑方案  67-71
    5.2.6 混凝土浇筑温度  71
    5.2.7 计算工况  71-72
  5.3 仿真计算结果分析  72-109
    5.3.1 温度分析  72-84
    5.3.2 位移分析  84-91
    5.3.3 应力分析  91-107
    5.3.4 小结  107-109
  5.4 寒潮冲击及混凝土表面保护  109-112
  5.5 基础温差与温度控制  112-120
    5.5.1 混凝土浇筑温度  113-115
    5.5.2 通水冷却  115-117
    5.5.3 表面流水冷却与仓面喷雾  117-120
  5.6 砂卵石层影响  120-124
  5.7 地基弹模影响  124-130
  5.8 本章小结  130-132
第6章结论与展望  132-133
  6.1 结论  132
  6.2 展望  132-133
参考文献  133-137
致谢  137-138
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  138

堆石混凝土热学性能试验与温度应力研究

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