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考虑钢筋作用的水工结构施工期温度场与温度应力分析

作　者: 陈长华
导　师: 秦忠国
学　校: 河海大学
专　业: 结构工程
关键词: 大体积钢筋混凝土 有限元仿真分析 水管冷却 温度场 温度应力 构造钢筋 阻裂作用
分类号: TV315
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 227次
引　用: 7次
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内容摘要


为了掌握钢筋混凝土结构温度场和温度应力的分布规律,了解温度裂缝的开裂机理,有必要对结构的温度场和温度应力进行有限元分析。但在实际工程的分析中,一般是按素混凝土材料进行计算,此种方法虽然可以简化计算模型,减小计算量,但由于没考虑钢筋在其中的作用,导致计算结果与工程的实际情况产生偏差。 本文详细阐述了大体积混凝土温度场和温度应力的有限元计算方法;具体介绍了ANSYS软件中仿真分析大体积混凝土温控问题的基本原理和过程。结合南京秦淮河整治工程的重点项目——三叉河口闸墩工程,用ANSYS软件,对该钢筋混凝土闸墩进行了施工期温度场和温度应力的有限元分析。计算考虑的因素主要有水泥水化热、表面的保温措施、外界气温的变化、水管冷却和分批浇筑等,并运用ANSYS用户可编程特性(UPFs)模拟了混凝土弹模随龄期的变化。通过比较六种施工方案的计算结果,进行了方案优化,为业主确定合理的施工方案提供理论依据。 三叉河口闸墩内部配置了适量的温度构造钢筋,起到了很好的防裂作用。钢筋的加入可以提高混凝土的导热性能,减小混凝土的比热。针对混凝土材料这两种热性能的改变,本文通过ANSYS有限元计算,分析了在早期水化热作用下,钢筋对结构温度场和温度应力的影响情况,证明了配置温度钢筋对削减早期混凝土结构的温度应力具有积极作用。 钢筋的配置在改变混凝土热学性能的同时也对混凝土的力学性能产生影响。本文进一步从配筋后混凝土力学性能被改变的角度,对温度构造钢筋的抗裂、限裂机理作了具体的计算和分析,并对大体积钢筋混凝土裂缝控制的配筋原则进行了总结。 以上分析表明,配置钢筋对早期混凝土结构的阻裂作用明显,在研究大体积钢筋混凝土温控问题时,有必要考虑钢筋在其中的有利作用。本文的研究结果为精确分析大体积钢筋混凝土施工期的温控防裂问题提供了有效参考。

全文目录


第一章 绪论  9-15
  1．1 问题的提出  9
  1．2 大体积混凝土温控问题国内外研究概况  9-11
  1．3 大体积混凝土结构配置温度构造钢筋的作用  11-13
  1．4 大体积混凝土温控问题的研究方法  13-14
  1．5 本文主要的研究内容  14-15
第二章 混凝土温度场和徐变应力场的有限元求解及水管冷却方案的优化  15-29
  2．1 引言  15
  2．2 混凝土的热学性能  15-17
  2．3 瞬态温度场的有限元计算原理  17-21
  2．4 混凝土水管冷却的等效热传导方程  21-22
  2．5 徐变应力场的有限元计算原理  22-25
  2．6 一期水管冷却方案的优化设计  25-27
  2．7 本章小结  27-29
第三章 ANSYS程序仿真分析大体积混凝土热应力问题的基本原理  29-40
  3．1 引言  29
  3．2 非线性有限元法在 ANSYS中的实现  29-32
  3．3 ANSYS用户可编程特性(UPFs)  32-34
  3．4 ANSYS热-结构耦合分析  34-39
  3．5 本章小结  39-40
第四章 秦淮河整治工程三叉河口闸墩施工期温度场和温度应力的计算分析  40-67
  4．1 引言  40-41
  4．2 工程基本资料及计算模型  41-44
  4．3 ANSYS计算温度应力场的关键技术  44-49
  4．4 计算结果分析  49-52
  4．5 控制温度应力、防止裂缝的措施  52-53
  4．6 本章小结  53-55
  计算结果图  55-67
第五章 温度构造钢筋在早期混凝土结构中的阻裂作用及其配置  67-84
  5．1 引言  67
  5．2 配筋后混凝土热学性质的改变对结构温度场和温度应力的影响  67-71
  5．3 钢筋混凝土中钢筋抗裂性能的分析  71-74
  5．4 钢筋混凝土中钢筋限裂性能的分析  74-76
  5．5 钢筋与混凝土之间的约束应力及最小配筋率  76-80
  5．6 大体积混凝土裂缝控制的配筋原则  80-82
  5．7 本章小结  82-84
第六章 总结与展望  84-86
  6．1 本文总结  84-85
  6．2 展望  85-86
参考文献  86-90
致谢  90

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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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