气温骤降条件下整浇切割混凝土护坡面板温度应力研究

摘要

整浇切割混凝土护坡是一种新型的护坡结构形式，因结构简单、施工方便等优点，近年来开始应用于土石坝和岸坡工程，显著降低了工程成本，并取得了良好护坡效果。气温骤降是导致混凝土结构表面出现裂缝的重要原因，然而，目前尚不清楚该护坡面板在气温骤降情况下的应力特性演化机制，而这可能妨碍该护坡结构的推广应用。
　　本文利用分布式测温技术监测C15混凝土面板特征位置的温度值，采用BP神经网络反演了混凝土热力学参数，并结合长沙市十月份气象资料，对气温骤降时整浇切割四边形混凝土面板和六边形混凝土面板的温度应力场进行了仿真模拟。主要研究内容如下:
　　(1)基于分布式测温光纤的混凝土温度监测。介绍了分布式光纤测温关键技术，指出监测光纤宜采用集中螺旋环绕方式，绕圈直径应大于10cm。4个监测点连续3天的实时监测表明，环境温度11℃时混凝土试件中心温度最高为13.4℃。
　　(2)基于BP神经网络的混凝土热力学参数反演。在MATLAB软件平台编制BP神经网络程序，结合混凝土测温试验获得的温度监测值反演出混凝土的热力学参数:导热系数2.33W/(m·K)，比热容916.52J/(kg·K)，对流系数1705.90W/(m2·K)。
　　(3)基于有限元软件ANSYS的整浇切割混凝土面板温度应力仿真分析。对比分析了十月份施工的整浇面板、整浇切割四方块和六方块面板龄期内前期、中期及后期分别遭遇降幅为7℃、14℃、14℃时的温度应力场，仿真结果显示整浇面板出现大范围的拉裂区，而整浇切割面板只在切缝端部及面板外侧等局部位置出现拉裂区，应力状态明显改善。从面板的剖面应力结果分布来看，切割成四方块改善效果更明显。从表面应力结果分布来看，切割成六方块应力分布效果更好。因此，当C15混凝土龄期内前期、中期及后期分别遭遇降幅为7℃、14℃、14℃时，在砼面板表面切割成四方块与六方块两种形式后应力分布都得到改善。这表明整浇切割混凝土面板具有更强抵御寒潮的能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土测温技术研究现状

1．2．2 混凝土热力学参数反分析研究现状

1．2．3 整浇切割混凝土面板研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

第二章 基于分布式光纤测温技术的混凝土面板测温试验研究

2．1 分布式光纤测温系统介绍

2．1．1 分布式光纤测温系统组成与功能

2．1．2 分布式光纤测温系统测温流程

2．1．3 光纤测温关键技术

2．2 混凝土测温试件制作

2．2．1 实验设备及原材料

2．2．2 混凝土配合比及混凝土拌合

2．2．3 混凝土温度场监测点布置与装模

2．3 监测试验过程及结果分析

2．4 本章小结

第三章 基于BP神经网络的整浇混凝土热力学参数反演分析

3．1 混凝土热力学参数选择与反演流程

3．1．1 混凝土热力学参数反演分析的必要性

3．1．2 反演参数的选择

3．1．3 混凝土热力学参数反演的基本步骤

3．2 BP神经网络的混凝土热力学参数反演

3．2．1 BP神经网络样本的选取

3．2．2 BP神经网络反演程序的实现

3．2．3 BP神经网络反演结果分析

3．3 本章小结

第四章 气温骤降时整浇切割混凝土面板的温度应力仿真模拟

4．1 整浇切割混凝土面板温度场及应力场理论基础

4．1．1 温度场控制方程及边值条件

4．1．2 温度应力产生机理及发展过程

4．1．3 基于ANSYS的混凝土切割面板温度场及应力场仿真流程

4．2 整浇切割混凝土面板温度应力仿真计算条件

4．2．1 初始条件和边界条件

4．2．2 气温条件

4．2．3 材料特性

4．3 气温骤降时整浇混凝土面板温度应力分析

4．3．1 有限元模型及计算方案

4．3．2 计算结果及分析

4．4 气温骤降时整浇切割四方块混凝土面板温度应力分析

4．4．1 有限元模型及计算方案

4．4．2 计算成果及分析

4．5 气温骤降时整浇切割六方块混凝土面板温度应力分析

4．5．1 有限元模型及计算方案

4．5．2 计算成果及分析

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间发表论文目录)

附录B(攻读学位期间参与课题目录)