昼夜温差对碾压混凝土重力坝温度和应力影响的敏感性分析

摘要

随着大体积混凝土结构在现代工程建设中的广泛应用，由温度应力引起的混凝土裂缝问题越来越引起人们的重视。大体积混凝土结构的温度应力与结构形式、气候条件、施工方法、材料特性等多种因素有密切关系。在冬季低温季节，或在早春晚秋气温骤变，由于昼夜温差引起的温度应力易导致混凝土表面开裂，因此，进行昼夜温差对碾压混凝土重力坝温度和应力影响的敏感性分析具有重要理论研究意义和实用价值。
　　本文按多年月平均气温的变化规律进行数值计算，推导气温年变化计算公式和昼夜温差计算公式，在原有程序的基础上，修改了气温的计算程序，为计算分析碾压混凝土坝施工期和运行期的坝体温度场和应力场提供可靠的边界条件。根据热传导理论和弹性理论，考虑混凝土结构的徐变特性，采用三维有限元法模拟碾压混凝土坝的施工过程，进行了温度场和温度应力的仿真计算。计算中考虑了混凝土的绝热温升、弹性模量、徐变度和自生体积变形随龄期的变化以及冬季保温、昼夜温差等因素对坝体温度场和温度应力的影响。对施工期不考虑昼夜温差、考虑不同的昼夜温差、坝体表面保温等情况进行温度和应力仿真计算，分析不同方案施工期的坝体温度场和温度应力分布规律。
　　碾压混凝土在连续浇筑过程中，如果不考虑昼夜温差的影响，计算得到的坝体表面和长间歇面温度变幅小，而考虑昼夜温差后，坝体表面和长间歇面温度随时间呈余弦变化，温度变化幅度比较大。对于高温季节浇筑的混凝土，温升较高，有可能超过设计允许最高温度，蓄水或度汛时温降较大，有可能产生温度裂缝。当昼夜温差小于12℃时，坝体表面温度变幅约为昼夜温差的(30～35)％。其影响深度约1m。混凝土表面一米范围内温度应力随着外界温差的影响变化较大；混凝土内部应力值随着外界温差的影响变化很小，昼夜温差对混凝土内部温度应力影响不大。在浇筑基础垫层混凝土后的长间歇期，特别是发生在越冬时的长间歇，不考虑昼夜温差的计算结果不能反映出长间歇面上的最低温度，是偏于不安全的。

目录

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1 绪论

1.1 碾压混凝土重力坝的发展概况

1.2 大体积混凝土温度场应力场分析的重要性

1.3 大体积混凝土温度场及应力场的研究现状

1.4 问题的提出及研究的意义

1.5 课题的主要目的及内容

1.5.1 课题的主要目的

1.5.2 课题的主要研究内容

2 大体积混凝土温度场和温度徐变应力场三维有限元计算原理

2.1 热传导基本理论

2.1.1 热传导方程

2.1.2 温度场的几个基本概念

2.1.3 热传导问题的定解条件

2.2 三维有限元基本理论

2.3 大体积混凝土温度场的有限单元法

2.3.1 大体积混凝土稳定温度场有限元计算公式

2.3.2 大体积混凝土非稳定温度场有限元计算公式

2.4 大体积混凝土应力场的有限单元法

2.4.1 混凝土的变形

2.4.2 大体积混凝土温度徐变应力的有限元隐式解法

3 程序的编制

3.1 程序总体结构

3.2 程序各部分功能介绍

3.2.1 前处理

3.2.2 程序内核系统

3.2.3 后处理

3.2.4 帮助系统

4 昼夜温差条件下碾压混凝土坝温度场和温度应力的分析

4.1 工程概况

4.2 计算条件及计算模型

4.2.1 计算条件

4.2.2 计算模型

4.2.3 计算方案

4.3 气温计算

4.3.1 气温年变化计算公式

4.3.2 昼夜温差计算公式

4.4 计算成果分析

4.4.1 不同昼夜温差的影响深度分析

4.4.2 不同昼夜温差引起的坝体表面温度变化

4.4.3 长间歇面典型点的温度应力分析

4.5 小结

5 工程算例分析

5.1 工程概况

5.2 基本资料

5.3 计算模型及坐标系

5.4 计算方案

5.5 坝体温度场计算成果分析

5.5.1 准稳定温度场计算分析

5.5.2 坝体非稳定温度场计算成果

5.5.3 非稳定温度场计算成果分析

5.6 坝体温度应力场计算成果分析

5.6.1 温度应力计算成果

5.6.2 温度应力计算成果分析

6 结论和建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录