严寒地区碾压混凝土重力坝设纵缝温控仿真分析

摘要

碾压混凝土坝作为大体积混凝土结构,由于荷载因素或非荷载因素,坝体可能会出现裂缝。温度、自重和水荷载作为其主要因素,对建筑物的安全和使用等功能具有重要的影响。对于高碾压混凝土重力坝,由于坝体基础部位沿上下游方向的尺寸很大,受施工设备、能力的限制,以及温度应力和综合应力或地基特性等的要求,是否在坝体内部设置纵缝是一个有争议的课题。本文主要研究在坝体设置纵缝对坝体应力的影响。 本文采用国际大型通用有限元软件ANSYS与自主开发主体计算程序相结合的办法来实现对坝体纵缝的仿真计算。对坝体的纵缝处采用接触单元模型来模拟,根据热传导理论、弹性徐变理论、有限元理论及接触单元计算原理,作者编制了能模拟接触单元的碾压混凝土坝温度场和温度应力场三维有限元仿真计算程序。用三维有限元浮动网格法仿真程序来计算坝体的温度场和温度应力场,用ANSYS软件建立带有纵缝的重力坝模型,计算自重和水荷载产生的应力,再把用程序得到的温度应力与ANSYS软件计算的自重应力和水荷载应力通过编制程序进行叠加得到综合应力。 本文通过分析纵缝对坝踵、上游面、坝体中心部位、坝趾、下游面的温度应力以及综合应力的影响情况,总结出规律,得出一些具有应用价值的结论,为实践工程中设计坝体纵缝和进一步的理论研究提供了一定的理论依据。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1碾压混凝土坝及温度控制的研究

1.2混凝土坝分缝的发展

1.3混凝土重力坝分缝的类型

1.4混凝土重力坝纵缝研究现状及存在问题

1.5本文研究的主要内容

2大体积混凝土温度场和温度应力场三维有限元计算原理

2.1三维有限元基本理论

2.2热传导基本理论

2.3温度场三维有限元计算公式

2.4弹性体温度应力的基本理论

2.5弹性体温度应力有限元计算公式

2.6混凝土弹性徐变温度应力分析

2.7混凝土弹性徐变温度应力分析的有限单元法

3接触单元计算原理及ANSYS的接触分析

3.1接触单元简介

3.2 ANSYS的接触分析功能及纵缝的模拟

4仿真计算的整体思路及程序编制

4.1计算整体思路

4.2程序各部分功能设计

4.3论文中的难点

4.4程序流程图

4.5程序验证

5工程算例分析

5.1工程概况

5.2基本资料

5.3计算方案及计算模型

5.4计算成果分析

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

附录