某大型水闸工程施工期温度场与温度应力仿真分析

摘要

长期以来，混凝土结构施工期和运行期的防裂方法一直是一个甚为复杂的问题。混凝土施工期开裂可概括为两个原因，一、是混凝土的变形，二、是自身或外界的约束，二者缺一不可。引起混凝土变形主要有温度、自生体积和干缩变形等，这些变形相互交织，共同作用，形成了施工期混凝土复杂的变形体系。混凝土变形自由且均匀时并不会产生应力，在自身或外界约束后才产生应力，当应力超过混凝土承耐能力时，结构的完整性遭到破坏，产生裂缝。混凝土裂缝是长期来影响混凝土结构的完整性、耐久性和抗力能力的主要原因之一，如何防止裂缝的发生与发展已成为困扰着混凝土工程界和学术界关键性的技术问题，也是研究的热点问题。
　　本文的主要内容如下:
　　1.论文所运用的理论有:热传导理论，三维有限元理论，推导了三维温度场计算公式;根据基本理论:热力学理论，理论还包括三维有限元和徐变的混凝土理论，推出关于温度的有限元计算公式:应力场对应的三维徐变。
　　2.根据实际情况拟定了五种温控方案，在考虑围岩初始温度场、混凝土分层浇筑、混凝土水化热、自生体积变形的基础上，编制了相应的温度场和温度应力计算程序。
　　3.充分运用计算分析软件ANSYS的强大计算功能，模拟实际施工过程，计算得出闸室混凝土施工期的温度场与温度应力，并对其进行分析，研究不同温控方案对闸室温度应力的影响为实际工程施工提供依据。

目录

声明

摘要

1 综述

1．1 课题的背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外温控防裂研究现状

1．3 本文的主要目的及内容

1．3．1 主要目的

1．3．2 主要内容

2 混凝土温度场与温度应力有限元计算原理

2．1 三维有限元分析的基本理论

2．1．1 结构离散

2．1．2 单元分析

2．2 基本的热传导理论

2．2．1 热传导计算方程

2．2．2 导热问题相关的定解条件

2．3 温度场的有限元三维计算原理

2．3．1 三维有限元稳定温度场计算公式

2．3．2 非稳定温度场的有限元计算

2．3．3 有限元关于准稳定温度场的计算公式

2．4 温度应力的计算方法

2．4．1 计算变温作用下的等效荷载

2．4．2 计算由弹性体温度变化引起的应力

3 ANSYS在混凝土温控计算中的应用

3．1 ANSYS简介

3．1．1 ANSYS的基本分析过程

3．1．2 ANSYS的二次开发技术

3．2 有限元软件ANSYS在水利工程中的应用

3．3 单元简介

3．3．1 单元SOLID65

3．3．2 单元SOLID 45

3．3．3 实体热单元SOLID70

3．4 混凝土温度场的计算

3．4．1 ANSYS热分析模块计算原理

3．4．2 混凝土温度场算例

3．5 三维温度场和应力场的仿真计算程序

4 某水闸温度场与温度应力仿真分析

4．1 工程概况

4．2 基本资料

4．2．1 气温

4．2．2 混凝土的力学、热学和变形性能

4．3 计算模型

4．4 计算假定

4．5 施工过程模拟

4．6 计算工况

4．7 计算结果分析

4．7．1 工况1结果分析

4．7．2 工况2结果分析

4．7．3 工况3结果分析

4．7．4 工况4结果分析

4．7．5 工况5结果分析

4．7．6 小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录