长沙综合枢纽船闸底板温度应力仿真分析

摘要

大型船闸混凝土温度裂缝问题是比较突出的，一般是由于温度应力超出了混凝土结构的抗拉强度，水工结构混凝土一旦出现裂缝，就会影响结构的整体性和耐久性，甚至妨碍其正常运行和使用，所以水工结构混凝土温度应力问题一向被工程界所关注。规范中对混凝土温度应力计算采用的是影响线法，即假定基础块温度应力为单连域线性弹性应力问题，分别计算浇筑温度和稳定温度之差所引起的温度应力和水化热温降引起的温度应力，然后进行叠加求得。该方法在许多工程中得到应用并取得了很好的效果。然随着现代水运的发展，船闸设计的型式变得越来越复杂化；边界条件中考虑的因素变多，如气候多变地区，工程人员希望了解大气温度变化过程对混凝土结构温度应力的影响情况等；设计中对重要参数的考虑越来越精细，如混凝土徐变对温度应力影响比较大，而徐变的影响是一个随时间变化的过程，初期产生的徐变较大，后期较小。这些方面用规范的计算方法是很难都考虑到的，而有限元方法在这方面有它独特的优势。
　　 温度应力计算的有限元方法，很多学者进行了大量研究，中国工程院院士朱伯芳对温度应力的有限元方法进行了理论推到，使我国温度应力计算的有限元理论走向成熟。本文用Compaq Visual Fortran6.6C语言编制了混凝土徐变温度应力场的有限元计算程序，并在ansys中调用该程序，实现了混凝土徐变的有限元计算，后用于长沙综合枢纽船闸底板温度应力施工仿真分析得到了如下主要结论：
　　 (1)长沙枢纽船闸底板浇筑过程混凝土内部最高温度为39.9℃。优化方案中底板的最大应力值为1.37MPa，边底板的为1.65MPa，小于了混凝土的最大抗拉值1.78MPa，满足设计规范要求。
　　 (2)本文推荐在350天（近12个月）时合缝，此时底板内部温度只有13.0℃。但若工程有其他因素考虑，也可以选择在120天(4个月)时合缝。
　　 (3)长沙枢纽为双线船闸，在双线船闸间设置有20mm宽的结构缝。由温度引起底板的变形位移最大为1.5mm，温度荷载引起位移小于结构缝间距，结构缝是安全的；气温骤降的临界值为7℃。根据船闸地区的气温情况，若出现气温骤降达到7℃以上，建议在混凝土表面覆盖稻草、塑料薄膜等措施进行保温，及时布置与检查保温情况。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 工程概况

1.2 工程特点

1.3 研究目的及意义

1.4 大体积混凝土温度应力场研究概况

1.4.1 混凝土温度应力场研究

1.4.2 混凝土徐变应力

1.5 本文研究的主要内容

第二章 基于规范的混凝土温度应力计算分析

2.1 规范中温度应力计算理论

2.2 规范中对混凝土温度应力的计算

2.3 规范中对混凝土温度应力考虑的不足

第三章 基于标准下ANSYS的混凝土温度应力计算分析

3.1 混凝土水化热方程

3.2 模型的建立及参数的选取

3.3 温度应力场仿真分析

3.4 基于标准下ANSYS混凝土温度应力计算优点及不足

第四章 混凝土徐变计算在ANSYS中的实现

4.1 混凝土徐变计算的有限元理论

4.1.1 混凝土的弹性模量和徐变度

4.1.2 混凝土的应力与应变关系

4.1.3 混凝土结构的徐变应力有限元原理

4.2 ANSYSUPFs二次开发简介

4.2.1 UPFs简介

4.2.2 利用UPFs可以完成的工作

4.2.3 常用的子程序及函数

4.3 混凝土温度徐变应力程序编制

4.3.1 混凝土徐变模型程序的编制

4.3.2 利用UPFs将混凝土徐变模型程序连接到ANSYS中

4.4 算例验证

4.4.1 验证算例1

4.4.2 验证算例2

第五章 考虑徐变因素的混凝土温度应力有限元计算

5.1 混凝土温度应力场仿真分析

5.1.1 温度场分析

5.1.2 温度应力分析

5.1.3 结构缝安全分析

5.1.4 小结

5.2 优化方案温度应力仿真计算

5.2.1 温度场的优化效果

5.2.2 温度应力场的优化效果

5.3 气温骤降对船闸底板的影响

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 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攻读学位期间从事科研项目目录