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高碾压混凝土拱坝仿真分析方法研究

作　者: 刘代平
导　师: 张仲卿
学　校: 广西大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 碾压混凝土高拱坝分缝设计仿真分析分区异步长并层
分类号: TV642.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 131次
引　用: 5次
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内容摘要

随着碾压混凝土筑坝技术的发展，国内外修建的碾压混凝土拱坝越来越多，并且在向规模大的高拱坝发展。其中设计和施工中的许多问题有待进一步研究。并且一种新工程技术的进步不仅需要新材料、新工艺的改进，更需要发展和它相适应的新结构、仿真理论和新的计算设计方法。在碾压混凝土筑坝技术理论中，施工期及运行期的混凝土结构的温度场和徐变应力场的计算分析、接缝模拟与布置、温控分析以及温度荷载计算是一项重要的课题。为了降低温度应力，不得不在高碾压混凝土拱坝中设置横缝和诱导缝。分缝设计是高碾压混凝土拱坝设计和施工的重要一环。合理的分缝能保证坝体的安全和施工的速度，减少施工工期。目前仿真分析计算存在着计算规模大、计算时间长等缺点，计算方法有待进一步的完善和发展，使其能够尽可能地模拟实际施工过程和外界因素，解决精度和效率的矛盾，力求计算结果更接近实际。本文采用大型通用程序法进行仿真分析，即是以大型通用有限元软件为平台，通过编制接口程序进行二次开发，将其应力分析与瞬态热分析的有关功能加以综合，编制出拱坝温度应力的仿真分析计算程序。这种方法是一种新的仿真分析方法，其编制程序简便、计算结果准确、通用性强，比一般方法更具优越性。本文结合正在修建的目前世界上最高的碾压混凝土拱坝——云南省宣威市的万家口子拱坝，主要进行了以下研究工作： (1) 研究大型通用程序中的时间步长与温度应力的关系，对不同的时间步长进行温度场和徐变应力场的仿真计算，比较各个计算结果的异同，得出时间步长与温度场和应力场的变化规律。

全文目录

第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外碾压混凝土拱坝发展概况  10-12
  1.3 碾压混凝土拱坝仿真分析研究现状  12-14
  1.4 本文主要研究内容  14-16
第二章热应力基本理论和接缝数值模型  16-34
  2.1 温度场计算理论  16-20
    2.1.1 热传导原理  16-18
    2.1.2 热传导微分方程求解方法  18-20
  2.2 温度徐变应力计算理论  20-24
    2.2.1 徐变理论  21-22
    2.2.2 混凝土徐变度表达式  22
    2.2.3 混凝土徐变应力的有限元隐式解法  22-24
  2.3 诱导缝等效强度模型的建立  24-28
    2.3.1 混凝土的本构关系  24-28
    2.3.2 等效强度模型及求解步骤  28
  2.4 横缝模型的建立  28-34
    2.4.1 接触非线性理论  29
    2.4.2 建立方程与求解的方法  29-30
    2.4.3 点面接触物理模型分析接触问题的原理  30-34
第三章仿真分析计算方法理论  34-50
  3.1 问题的提出  34-35
  3.2 仿真分析计算方法基本理论  35-50
    3.2.1 分区异步长算法  35-41
    3.2.2 并层算法  41-50
第四章大型通用程序法  50-54
  4.1 仿真过程分析的实现  50-51
  4.2 接缝在程序中的模拟  51-53
    4.2.1 诱导缝的模拟  51-52
    4.2.2 横缝的模拟  52-53
  4.3 计算的简化  53-54
第五章大型通用程序法在万家口子拱坝的应用  54-73
  5.1 万家口子碾压混凝土拱坝体形参数  54-55
  5.2 仿真计算基本资料  55-57
    5.2.1 气象资料  55-56
    5.2.2 混凝土热学性能参数  56-57
    5.2.3 材料力学参数  57
  5.3 计算模型  57-60
    5.3.1 有限元模型  57-58
    5.3.2 分缝模型  58-59
    5.3.3 施工条件  59-60
  5.4 四个分缝方案的温度场及应力场结果比较  60-72
    5.4.1 温度场结果比较  60-64
    5.4.2 应力场结果比较  64-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章各种仿真分析计算方法的评述  73-90
  6.1 通长时间步长的计算结果比较  73-82
    6.1.1 温度场计算结果比较  73-78
    6.1.2 应力场计算结果比较  78-82
  6.2 分区异步长算法结果  82-85
    6.2.1 温度场结果  83-84
    6.2.2 应力场结果  84-85
  6.3 并层算法  85-89
    6.3.1 温度场结果  87
    6.3.2 应力场结果  87-89
  6.4 本章小结  89-90
第七章总结与展望  90-93
  7.1 总结  90-91
  7.2 研究展望  91-93
参考文献  93-95
致谢  95

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