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攀钢钢渣作为大体积地基回填料的数值模拟研究

作　者: 位向飞
导　师: 程赫明
学　校: 昆明理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 钢渣地基有限单元法温度场数值模拟
分类号: TU521.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

因温度升高而引起膨胀是钢渣地基面临的重要问题。外部热量和钢渣遇水反应放出的大量热量积聚导致钢渣地基的温度不断升高。温度升高产生膨胀,进而引起上部建筑物的变形甚至破坏。为了深入研究攀钢钢渣作为地基回填料在外部热源作用下对上部建筑物的影响,本文从以下几个方面进行研究：1、概括了国内外钢渣的研究及利用现状,介绍了攀钢钢渣作为地基回填料的研究和利用现状、钢渣工程的发展现状和钢渣地基的数值模拟现状。2、通过地勘钻孔对渣场进行温度测量；根据温度传递规律和现场所测温度,对钢渣地基在水平和深度方向进行温度补充,得到在测温时刻整个钢渣地基温度分布,作为后续计算的初始条件。3、在钢渣地基模型上表面布置生产线的区域,分别施加60℃和120℃的恒温热源,模拟高温生产线对钢渣地基的加热作用；计算施加热源后第2,5,10年的温度场；对同一热源在不同加热时间的温度分布进行比较分析,再对不同热源相同加热时间进行比较分析,得出热源对温度分布的影响。4、位移场计算中是以不同年份的温度分布作为温度荷载,计算得到不同年份之间的位移变化量。各钻孔在表面处的位移值是主要考虑的参数,其反映地基表面的位移变化,上部建筑物也随地基的膨胀而向上抬升5、根据温度场及位移场的计算结果,对于在钢渣地基上修建的建筑物提出了一些减少不均匀沉降的建议,使钢渣地基的膨胀对上部结构影响尽量减小。研究结果表明：对温度场结果分析比较可知,在60度和120度热源作用下,纯渣层第10年升温深度分别在将近30m和40m附近,岩层较厚的区域深度有所增加,特别是120度热源情形的影响深度达到45m,岩层升温明显。对位移场分析比较可知,在模型表面受温度影响而引起的位移,在渣层厚度达到35m以上且厚度变化不大的区域,位移变化量相差不大。在渣层深度不到20m的区域,位移变化量不均匀,各点的位移差超过10cm,在个别区域甚至更大。但在模型表面无热源且离热源较远的区域,基本不受温度影响。通过分析计算结果得出结论：对于热源区域,应加强散热、隔热措施,以减少向深层地基特别是渣层薄的区域传递热量。因地基可能出现不均匀沉降,在岩层较厚区域应充分考虑不均匀沉降带来的影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-20
  1.1 国内外钢渣的研究现状  10-14
    1.1.1 国外钢渣的研究现状  10-11
    1.1.2 国内钢渣的研究现状  11-14
  1.2 攀钢钢渣用作地基材料的研究现状与利用情况  14-16
    1.2.1 攀钢钢渣用作地基材料的研究现状  14-15
    1.2.2 攀钢钢渣的利用情况  15-16
  1.3 钢渣的膨胀原理  16
  1.4 本文的研究意义  16-17
  1.5 论文的主要研究内容与创新点  17-18
  1.6 本章小结  18-20
第二章钢渣温度场理论及其有限元方程  20-28
  2.1 传热学基础理论  20-21
    2.1.1 热传导  20
    2.1.2 热对流  20-21
    2.1.3 热辐射  21
  2.2 热传导方程  21-25
    2.2.1 热传导基本方程的建立  21-23
    2.2.2 温度单值性条件  23-25
  2.3 常见数值方法  25
    2.3.1 有限差分法  25
    2.3.2 有限单元法  25
  2.4 温度场计算的有限元方程  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章渣体温度的测量  28-36
  3.1 钢渣的发热机理  28
  3.2 钢渣地基的现场温度测量及温度补充  28-35
    3.2.1 现场测量温度  28-31
    3.2.2 温度补充  31-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章钢渣地基温度场的数值模拟  36-56
  4.1 ANSYS简介  36
  4.2 ANSYS热分析概述  36-37
  4.3 热单元简介  37
  4.4 工况及参数简介  37-40
    4.4.1 场地的基本情况  37-38
    4.4.2 钢渣引起地面建筑变形情况  38
    4.4.3 模型各层物质组成  38-39
    4.4.4 模型各层物质参数选择  39-40
  4.5 有限元模型  40-42
    4.5.1 模型基本假设  40
    4.5.2 模型建立  40-42
      4.5.2.1 模型及坐标选取  40-41
      4.5.2.2 边界条件设定说明  41
      4.5.2.3 计算说明  41-42
  4.6 温度场计算结果比较与分析  42-54
    4.6.1 测温时刻模型的温度分布情况  42-43
    4.6.2 施加恒温60度时第2,5,10年的温度变化情况  43-45
    4.6.3 施加恒温120度时第2,5,10年的温度变化情况  45-47
    4.6.4 恒温60度与120度作用时温度的变化情况  47-49
    4.6.5 温度对岩层的影响  49-54
  4.7 本章小结  54-56
第五章热应力理论及有限元模拟  56-64
  5.1 热应力介绍  56
  5.2 热力耦合介绍  56-57
  5.3 solid45单元介绍  57
  5.4 计算的主要步骤  57-58
  5.5 对钢渣地基结构场的模拟  58
  5.6 模拟计算结果比较与分析  58-63
    5.6.1 位移计算结果  58-62
    5.6.2 应力计算结果  62-63
  5.7 模拟结果分析  63
  5.8 本章小结  63-64
第六章结论及展望  64-68
  6.1 论文的主要结果  64-65
  6.2 结果建议  65-66
  6.3 论文的不足  66
  6.4 需要进一步研究的内容  66-68
致谢  68-70
参考文献  70-74
附录A:攻读学位期间发表论文目录  74

攀钢钢渣作为大体积地基回填料的数值模拟研究

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