西花拱坝温度应力场仿真研究及温控费用计算

摘要

拱坝是固结于基岩的空间壳体结构，具有超载能力强、工程量小等优点，近年来随着筑坝规模的增大得到了越来越广泛的应用。温度荷载是拱坝的一项主要荷载，温度应力过大可能会导致拱坝产生裂缝，危及大坝结构安全。因此，对拱坝进行温度场和温度应力场仿真计算具有十分重要的意义。对于大体积混凝土来说，其温控费用比重较大，对整个工程的投资都有一定的影响。对温控总费用进行初步估算，具有一定的理论和实用价值。
　　首先基于有限元通用软件ANSYS，使用A P D L语言编制西花拱坝温控仿真计算程序，包括前处理、求解、后处理部分等。前处理部分创建有限元模型、定义参数和划分网格。求解部分是利用ANSYS软件对划分好网格的整体计算模型进行有限元分析，同时建立平衡方程并求解得出计算结果。后处理部分就是对温度场及温度应力场计算结果进行处理，生成温度及应力云图，绘制温度及应力历时曲线。
　　本文基于陕西省汉中市佛坪县西花水库枢纽工程，拟定了3个温控设计方案：方案1是自然入仓浇筑，不釆取温控措施；方案2是控制浇筑温度小于等于18℃；方案3是控制浇筑温度小于等于18℃并采取通水冷却措施；然后分别对西花拱坝进行了温度场及温度应力场仿真计算。通过对比分析3个方案的温度场及温度应力场计算成果，最终推荐方案3为温控设计方案。
　　最终在推荐的温控方案基础之上，从材料制冷及通水冷却两个方面对温控费用进行了初步估算。根据热量平衡原理，针对不同的高温月份选取合适的材料冷却方式和通水冷却参数，结合工程概算定额和月混凝土浇筑强度计算得出了温控措施总费用。
　　研究成果为西花拱坝温控措施的选择及温控费用控制提供了理论依据，具有重要的实际应用价值。

目录

声明

1 绪论

1.1 拱坝发展概述

1.2 拱坝温度应力场研究方法

1.3 拱坝裂缝研究现状

1.4 拱坝温控影响措施研究

1.5 温控费用研究意义

1.6 本文主要研究内容

2 大体积混凝土温度场及应力场计算原理

2.1 热传导基本理论

2.2 三维有限元理论

2.3 温度场计算原理

2.4温度应力计算的有限单元法

3 温控仿真计算程序编制

3.1 有限元计算的基本原理

3.2 温度场与温度应力场计算编程

4 西花拱坝温度应力场仿真计算

4.1 工程概况

4.2 基本资料

4.3 计算模型及材料分区

4.4 计算方案

4.5 温度及温度应力控制标准

4.6 温度场仿真计算结果及其分析

4.7 本章小结

5 西花拱坝温控费用计算

5.1 混凝土材料冷却基本方式

5.2 温控费用计算的基本原理

5.3 控制浇筑温度总费用计算

5.4 通水冷却措施费用计算

5.5 本章小节

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录