大体积混凝土施工仿真分析与温度控制研究

摘要

温度控制是水利、土木等大体积混凝土结构工程中的一个重要问题。特别是在水利工程中的混凝土大坝中，由变温引起的拉应力往往超过外荷载引起的拉应力，其数值可能超过混凝土的抗拉强度，使混凝土产生裂缝，危及大坝的安全。因此，细致地计算分析结构中的温度应力，相应采取必要的温度控制措施，是必须考虑的一个问题。 论文归纳了大体积混凝土裂缝的成因与防止措施，总结了大体积混凝土温度控制标准以及温度场、应力场的求解方法。对运用有限单元法和有限差分法求解温度场、应力场的原理进行了阐述和公式推导，并分析了绝热温升、通水冷却、边界气温、水温、徐变等因素对温度场、应力场的影响。参与编制了求解温度场、应力场的有限元程序，并对典型算例进行计算分析，获得的结果与理论解一致。 根据某大坝溢流坝段和厂房坝段的试验资料，对几种混凝土绝热温升、气温、弹性模量和徐变度进行数学模型回归拟和分析，获得相关最优参数。为了优化施工方案，确定合理的温控措施，拟定六种计算方案，对每种工况的温度场与应力场进行计算分析。方案4最高温度和应力都能满足设计，经济成本较低且易于实施，确定为最终施工方案。

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第一章绪论

1.1引言

1.2混凝土施工仿真分析的研究与发展

1.2.1混凝土材料性能的研究

1.2.2温度场、应力场仿真分析的主要方法

1.3混凝土温度控制的研究与发展

1.3.1大体积混凝土裂缝的分类与成因

1.3.2混凝土重力坝温度控制标准

1.3.3温度控制措施

1.4论文选题依据与研究内容

1.4.1论文选题依据

1.4.2论文研究内容

第二章温度场的有限元计算

2.1引言

2.2热传导理论

2.3温度场的有限元解法

2.3.1空间域的离散化

2.3.2时间域的离散化

2.4混凝土的绝热温升

2.5冷却水管

2.5.1无热源水管冷却问题

2.5.2有热源水管冷却问题

2.6气温年变化

第三章应力场的有限元计算

3.1引言

3.2三维空间有限元理论

3.3徐变的计算

3.3.1徐变基本理论

3.3.2徐变度的表达式

3.3.3徐变温度应力分析

第四章空间八结点等参元计算程序

4.1引言

4.2程序功能及其特点

4.3温度场有限元程序说明

4.4应力场有限元程序说明

4.5计算实例

4.5.1典型算例

4.5.2水管冷却算例

4.6结论

第五章某碾压混凝土重力坝的施工仿真

5.1引言

5.2工程概况

5.3基本资料

5.4影响温度场、应力场计算参数的确定

5.4.1气温

5.4.2绝热温升

5.4.3弹性模量

5.5计算成果及分析

5.5.1溢流坝段混凝土温度徐变应力仿真分析

5.5.2厂房坝段混凝土温度徐变应力仿真分析

5.6结论

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢