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李家河碾压混凝土拱坝温度应力仿真及温控防裂研究

作　者: 李红
导　师: 李守义；张民仙
学　校: 西安理工大学
专　业: 水利工程
关键词: 碾压混凝土拱坝 温控措施 热力学参数 仿真分析
分类号: TV315
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 122次
引　用: 1次
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内容摘要


拱坝一般比较单薄,对外界气温和水温的变化比较敏感,温度荷载也就成了拱坝的主要设计荷载之一。碾压混凝土(RCC)拱坝作为一种新材料坝型,近年来得到越来越广泛的应用。碾压混凝土的绝热温升比常态混凝土的小,但由于碾压混凝土坝的施工速度快,施工中层面间歇时间比较短,容易产生较大的内外温差。碾压混凝土拱坝每一层一旦碾压完毕即形成整体,其温度变化将产生较大的温度应力,甚至导致危害性较大的温度裂缝的产生。通过碾压混凝土拱坝温度场和温度应力场的仿真计算,可以为碾压混凝土拱坝温控防裂措施的选定提供依据。根据李家河水利枢纽工程碾压混凝土拱坝设计要求,修改完善了三维有限元法浮动网格法计算程序,使其计算功能和输出成果满足李家河碾压混凝土拱坝温度场和温度应力场分析要求；采用三维有限元法浮动网格法模拟李家河碾压混凝土拱坝施工过程、混凝土分层浇筑、施工间歇时间、混凝土绝热温升过程及坝体材料分区、水库分期蓄水和环境温度变化、通水冷却和表面保温等具体措施,对6种方案分别进行施工期和运行期温度场仿真计算,分析不同施工方案施工期和运行期的坝体温度场分布规律；根据弹性理论,考虑混凝土结构的徐变特性、材料力学参数,对6种方案分别进行施工期和运行期温度应力仿真计算,分析不同施工方案施工期和运行期的坝体温度应力分布规律；计算成果给出了拱冠梁剖面准稳定温度场云图以及施工期、运行期非稳定温度场云图和温度应力云图,提供了拱冠梁剖面不同高程水平截面的上游点、中间点、下游点的温度和温度应力历时曲线,分析了坝体温度分布规律以及高温区形成的原因；根据计算分析结果,提出了施工期各月的碾压混凝土浇筑温度、坝体冷却水管布置方式、通水温度和通水时间等温控措施,为李家河水利枢纽工程碾压混凝土拱坝温控防裂设计提供依据。对类似工程的温控设计和施工方案选择具有重要的参考意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 碾压混凝土拱坝的发展概况及特点  9-11
    1.2.1 碾压混凝土拱坝的发展概况  9-10
    1.2.2 碾压混凝土拱坝的的结构特点  10-11
  1.3 碾压混凝土拱坝的发展趋势  11
  1.4 碾压混凝土拱坝温度场及温度应力的研究方法  11-14
    1.4.1 碾压混凝土温度场研究方法  11-12
    1.4.2 碾压混凝土温度应力的研究方法  12-14
  1.5 碾压混凝土拱坝温度应力仿真分析现状  14-16
  1.6 研究意义与目的  16-17
  1.7 研究方法与内容  17-18
2 温度场和温度应力场计算原理  18-36
  2.1 热传导基本理论  18-20
    2.1.1 热传导方程  18-19
    2.1.2 导热问题的定解条件  19-20
  2.2 三维有限元基本理论  20-23
  2.3 稳定温度场三维有限元计算公式  23-24
  2.4 非稳定温度场有限元计算公式  24-27
  2.5 温度应力有限元计算公式  27-29
    2.5.1 由变温引起的等效结点荷载计算  28-29
    2.5.2 弹性体变温应力的有限元计算  29
  2.6 混凝土徐变应力分析  29-34
    2.6.1 混凝土的变形  29
    2.6.2 混凝土的徐变变形  29-30
    2.6.3 混凝土温度徐变应力分析的有限单元法  30-34
  2.7 温度场的三维有限元浮动网格法  34-36
3 程序的设计  36-41
  3.1 程序总体结构  36
  3.2 程序各部分功能介绍  36-41
    3.2.1 前处理  36-37
    3.2.2 程序内核系统  37-38
    3.2.3 后处理  38-40
    3.2.4 帮助系统  40-41
4 李家河碾压混凝土拱坝温度应力计算基本资料  41-48
  4.1 工程概况  41
  4.2 基本资料  41-45
  4.3 计算模型及边界条件  45-46
  4.4 计算方案  46-48
5 温度场计算分析  48-56
  5.1 准稳定温度场计算分析  48-49
  5.2 非稳定温度场计算分析  49-56
    5.2.1 非稳定温度场计算成果  49-54
    5.2.2 非稳定温度场计算成果分析  54-56
6 温度应力计算分析  56-67
  6.1 温度应力计算成果  56-66
  6.2 温度应力计算成果分析  66-67
7 结论与建议  67-69
  7.1 结论  67-68
  7.2 建议  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水工结构 > 结构理论和计算 > 结构温度应力与徐变
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