不均匀基岩对大体积混凝土温度应力影响研究

摘要

大体积混凝土在土木水利工程建设中有着广泛的应用，但由于水化热温升影响，会产生较大的基础温差，在混凝土温度降低时受到基础的约束作用会产生较大的拉应力，可能会使基础约束部位混凝土产生裂缝，因此基础约束应力的分析计算是确定大体积混凝土温控措施的重要依据。以往的研究中假设基岩是均匀的，而基础一般存在软弱夹层或者被各种结构面切割，实际的基岩往往是不均匀的。因此，不均匀基岩对大体积混凝土基础约束应力的影响有必要进行深入的研究。
　　基础约束应力计算一般采用有限元方法进行施工期和运行期的长历时温度徐变应力计算。本文利用ANSYS的APDL语言编写完整的温度场计算程序，考虑外界气温、水温、表面流水等多种边界条件变化过程。针对常用的商用软件不能解决徐变长历时计算问题，利用ANSYS提供的UPFS（用户可编程性），引入混凝土徐变指数函数模型，建立弹性徐变本构方程，实现混凝土徐变应力的长历时计算，通过具体算例验证程序可靠性基础上计算基岩非均匀性对大体积混凝土温度应力的影响，研究中采用理想模型，认为软弱基岩与正常基岩层层均匀分布，而且方向上与正常基岩完全正交。
　　根据本文的研究，不均匀基岩对大体积混凝土温度应力影响特点主要包括以下方面：混凝土下方基岩不均匀时，基础约束部位混凝土第一主应力变大，更容易产生基础裂缝，且不均匀性越大，混凝土温度应力相应越大；基岩不均匀时混凝土最大拉应力位置往往发生变化；混凝土外侧基岩即使不均匀性较大，基础约束部位混凝土温度应力影响也较小，温控时可以不用单独建模去计算；通过基岩弹性模量整体折减方法进行计算，基础约束部位混凝土拉应力结果变小与考虑不均匀基岩建模计算结果相反，进行基础约束区混凝土温度应力计算时不适宜采用此种方法。本文的研究结果对大体积混凝土基础约束应力分析具有一定的借鉴意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 大体积混凝土温度徐变应力的国内外研究现状

1.3 本文研究内容及技术路线

2 大体积混凝土温度场有限元计算原理

2.1 大体积混凝土温度场计算的基本理论

2.2 大体积混凝土温度场的有限元求解理论

2.3 本章小结

3 大体积混凝土温度徐变应力场有限单元计算

3.1 大体积混凝土温度应力的产生

3.2 混凝土徐变理论

3.3 大体积混凝土徐变应力场的有限元求解

3.4 本章小结

4 基于ANSYS二次开发的大体积混凝土温度徐变应力研究

4.1 ANSYS软件简介

4.2 ANSYS热-结构耦合分析

4.3 ANSYS二次开发

4.4 算例验证

4.5 不均匀基岩对大体积混凝土基础约束应力影响初步研究

4.6 本章小结

5 不均匀基岩对大体积混凝土基础约束应力影响研究

5.1 工程概况

5.2 基本资料和相关参数

5.3 有限元模型及边界条件

5.4 均匀基岩结构温度和温度应力计算结果

5.5 不均匀基岩对大体积混凝土基础约束应力影响仿真分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢