碾压混凝土重力坝温度应力分析

摘要

碾压混凝土重力坝作为一种重要的大体积混凝土水工建筑物，在施工与蓄水过程中必须考虑温度应力问题。温度应力导致的裂缝会影响坝体的安全运行，而且在实际工程中温度场与应力场的变化规律又不尽相同，因此，温度应力的研究具有较高的科研价值及实用意义。本文建立某碾压混凝土重力坝三维有限元模型，根据碾压混凝土坝实际施工情况及运行资料，对其进行施工及蓄水全过程温度-结构耦合有限元计算分析，进行了下述研究:
　　首先利用温度场有限元计算方法，考虑外界气温与水温、地基初始温度、水泥水化热及初始浇筑温度等因素的影响，分别得到自然浇筑温度、控制浇筑温度、自然浇筑温度+通水冷却三种方案下坝体施工结束时刻及蓄水结束时刻坝体温度场的分布规律，对三种方案的温度场分布规律及坝体特征点的温度历时曲线进行比较，分析了各种措施对温度场变化的影响。且将三种方案下的计算基础温差与规范规定的允许温差比较，可以看出控制浇筑温度与自然浇筑温度+通水冷却两种情况均能满足温控要求。根据特征部位的最大温度包络线说明了三种方案能否满足温控要求。
　　接着，根据三种方案特征部位的温度应力包络线与最大拉应力云图，分析了各方案降低温度应力的效果。接着，在控制浇筑温度场的基础上得到考虑徐变因素时坝体施工结束时刻及蓄水结束时刻三个不同方向的温度应力及第一主应力的分布规律，为了动态研究三个不同方向的温度应力导致裂缝发展的规律，对表面点与中心点的温度应力历时曲线进行了相关分析。对考虑徐变前后的同一节点计算所得温度应力曲线进行比较，分析了徐变对温度应力的影响。将考虑自重前后特征部位的温度应力值进行比较，表明自重减小温度应力的有利作用。最后分析了在自重、水压力、温度作用三者共同作用下坝体结构的应力分布规律。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．2 碾压混凝土坝的温度应力问题

1．3 国内外研究现状

1．3．1 碾压混凝土坝温度场的研究现状

1．3．2 碾压混凝土坝温度应力场的研究现状

1．4 本文研究的主要内容

2 温度场和温度应力计算理论

2．1 温度场计算理论

2．1．1 热传导方程

2．1．2 初始条件和边界条件

2．1．3 三维稳态温度场的有限单元法

2．1．4 三维非稳态温度场的有限单元法

2．2 水管冷却温度场

2．2．1 混凝土全长平均温度算式

2．2．2 有热源的圆柱体水管冷却

2．2．3 等效热传导方程

2．3 温度应力计算理论

2．3．1 温度应力的发展过程

2．3．2 三维温度应力场的有限单元法

2．4 本章小结

3 碾压混凝土重力坝仿真分析

3．1 ANSYS数值模拟简介

3．2 ANSYS热分析计算碾压混凝土坝温度场

3．2．1 控制微分方程

3．2．2 实现过程

3．2．3 温度场计算中的关键问题

3．3 ANSYS结构分析计算碾压混凝土坝温度应力场

3．3．1 理论上的可行性

3．3．2 实现过程

3．3．3 应力场计算中的关键问题

3．4 本章小结

4 基本资料

4．1 工程概况

4．2 计算参数

4．2．1 混凝土的绝热温升

4．2．2 坝址气温资料

4．2．3 库水温度

4．2．4 坝体混凝土配合比

4．2．5 混凝土的力学性能

4．2．6 混凝土弹性模量、徐变度计算

4．2．7 基岩初始温度

4．3 本章小结

5 碾压混凝土重力坝温度场分析

5．2．2 边界条件的选择

5．3 施工过程

5．3．1 施工进度安排

5．4 浇筑方案及控制标准

5．4．1 浇注方案说明

5．4．2 温度控制标准

5．5 温度场计算结果及分析

5．5．1 坝体稳定温度场

5．5．2 温度控制计算

5．5．3 竣工时刻温度场

5．5．4 蓄水结束时刻温度场

5．6 本章小结

6 应力场有限元模拟

6．1 温度应力计算结果及分析

6．1．1 温度应力控制计算

6．1．2 竣工时刻温度应力

6．1．3 蓄水结束时刻温度应力

6．1．3 徐变对温度应力的影响

6．2 考虑自重的温度应力分析

6．3 坝体结构应力

6．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果