大体积混凝土温度及应力控制相关问题研究

摘要

随着经济社会及工程技术的进步，我国水利基础设施建设得到迅速发展，大体积混凝土也在工程中得到广泛应用。由于其浇筑体积庞大，施工条件复杂以及外界因素的不确定，往往导致混凝土在施工和运行期出现较大的温度应力，当温度应力超过混凝土抗拉强度时，则会出现温度裂缝，影响结构的外观，甚至影响结构的正常安全运行。
　　本文阐述了大体积混凝土的受力特点、温度应力产生的原因及特点，总结了国内外关于大体积混凝土温度及应力控制的研究现状。通过采用精度和效率较高的有限差分算法，对大体积混凝土的温度场和湿度场进行仿真计算，并利用遗传优化算法对计算参数进行反演分析，最后，利用有限元理论对混凝土浇筑实例进行了温度场和应力场的仿真模拟，针对不同工况下的温度和应力分布变化规律，得出大体积混凝土温控防裂的有效建议。总结本文的主要研究成果如下:
　　1、基于大体积混凝土的温度场和湿度场求解方程，得出其精度和效率均较高的一维、二维及三维差分格式，通过对工程实例进行求解分析，其可以较好的对大体积混凝土的温度场和湿度场进行求解计算。
　　2、针对混凝土湿度场参数的不确定问题，基于实测数据，本文提出了混凝土湿度场参数反演的最小二乘模型，并利用遗传进化理论对反演模型进行求解，通过具体实验数据分析，遗传进化理论可较好解决其湿度场反演问题。
　　3、利用有限元理论对大体积混凝土浇筑期的温度场和应力场分布规律进行了分析，其分析结果与实测吻合较好，验证了方法的可行性。在此基础上，又对混凝土浇筑的各种工况进行了分析，得出了不同工况下的混凝土温度及应力变化规律，为大体积混凝土的温控防裂提供了一定的参考。
　　最后，对本文的研究成果进行了总结，对本文尚需继续研究的问题及后续工作进行了展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题提出及研究意义

1．2 混凝土温度裂缝概述

1．2．1 混凝土裂缝基本概念

1．2．2 凝土温度裂缝产生原因

1．2．3 温度裂缝的危害

1．3 大体积混凝土温控防裂研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究的主要内容与技术路线

1．4．1 研究的主要内容

1．4．2 技术路线

1．5 研究创新点

1．6 本章小结

2 混凝土温度场及温度应力基本理论

2．1 温度场基本原理

2．1．1 热传导基本原理

2．1．2 初始条件和边界条件

2．2 混凝土温度应力理论

2．3 混凝土热力学参数

2．3．1 混凝土热学参数

2．3．2 混凝土力学参数

2．4 本章小结

3 混凝土温度场的差分解法

3．1 温度场的有限差分理论

3．1．1 一维温度场差分解法

3．1．2 二维温度场差分解法

3．1．3 三维温度场差分解法

3．2 MATLAB软件简介

3．3 差分实例分析

3．3．1 工程概况

3．3．2 温控措施

3．3．3 计算模型选取

3．3．4 计算参数选取

3．3．5 模型建立

3．3．6 计算结果分析

3．4 本章小结

4 混凝土湿度场的差分解法

4．1 混凝土湿度场理论

4．1．1 湿度扩散方程

4．1．2 初始条件和边界条件

4．1．3 计算参数选取

4．2 混凝土湿度场的有限差分格式

4．3 实例分析

4．3．1 模型选取

4．3．2 计算参数确定

4．3．3 湿度场计算结果与分析

4．4 本章小结

5 混凝土湿度场的遗传差分反演

5．1 反分析理论

5．2 混凝土湿度场反演模型

5．3 实例计算

5．3．1 实例选取

5．3．2 计算参数选取

5．3．3 计算结果及分析

5．4 基于遗传进化的湿度场反演模型

5．4．1 遗传算法简介

5．4．2 反演模型选取

5．4．3 求解步骤

5．4．4 反演结果评价

5．5 湿度场反演模型评价

5．6 本章小结

6 混凝土温度应力的有限元解法

6．1 非稳定温度场有限单元法原理

6．2 非稳定温度应力场计算原理

6．2．1 弹性温度应力计算

6．2．2 徐变温度应力计算

6．3 ANSYS分析软件简介

6．4 实例有限元仿真模拟

6．4．1 模型建立

6．4．2 温度场求解及分析

6．4．3 应力场求解及分析

6．5 不同保温层的仿真模拟

6．5．1 计算模型

6．5．2 温度场模拟计算

6．5．3 应力场模拟计算

6．6 不同浇筑厚度的仿真模拟

6．6．1 计算模型

6．6．2 温度场模拟计算

6．6．3 应力场模拟计算

6．7 不同浇筑初温的仿真模拟

6．7．1 计算模型

6．7．2 温度场模拟计算

6．7．3 应力场模拟计算

6．8 温控防裂措施

6．9 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢