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碾压混凝土重力坝温度应力仿真分析

作　者: 张琼
导　师: 乐金朝
学　校: 郑州大学
专　业: 岩土工程
关键词: 碾压混凝土重力坝徐变温度场应力场
分类号: TV315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

碾压混凝土重力坝作为一种重要坝型,由于其具有施工快速、经济、安全等特点,近年来在国内外得到了广泛运用。碾压混凝土重力坝的温度场和温度应力是影响其设计和施工的关键因素,因此开展该方面的研究工作具有重要的实际应用价值。本文以永定桥碾压混凝土重力坝为工程实例,采用ANSYS软件计算了其溢流坝段施工期及运行期1至3年的温度场及应力场。利用ANSYS二次开发平台,综合考虑了外界气温变化、水泥水化热随龄期变化、不同的浇筑温度及混凝土分层浇注等因素对坝体温度场的影响,以及混凝土弹性模量、徐变度随龄期变化、重力作用等因素对坝体应力场的影响,提出了碾压混凝土重力坝的温度场及应力场的仿真分析方法。主要研究成果如下:(1)在现有混凝土徐变研究成果的基础上,结合试验得到的碾压混凝土材料参数,给出了适用于永定桥碾压混凝土材料的徐变计算公式,并成功应用于碾压混凝土重力坝温度应力的仿真分析。(2)对永定桥碾压混凝土重力坝溢流坝段的温度场进行了仿真计算。在自然浇注温度下,坝体最高温度为35.9℃,坝体高温区域主要集中在夏季浇注高程处。在控制浇注温度下,坝体最高温度为31.6℃,坝体高温区域的分布与自然浇注工况相近。浇注温度对温度场影响较大。(3)对永定桥碾压混凝土重力坝溢流坝段的应力场进行了仿真计算。分别计算分析了五种工况下坝体在施工期及运行期1至3年中应力场的发展变化规律。在冬季施工过程中,由于内外温差较大,坝体出现了较大的拉应力,特别是在坝体基础约束区,最大拉应力超过2.0MPa,应进一步采取相关措施避免坝体出现开裂。通过对仅考虑温度荷载作用下坝体应力场的计算分析,结果表明,在坝体施工期,温度荷载为坝体产生拉应力的主要因素,对坝体是否产生开裂破坏具有决定性作用。因此,在坝体结构设计及施工过程中,应关注坝体结构内外的温差及温度应力的变化规律。本文的研究结果为永定桥碾压混凝土重力坝的结构设计和制定合理的施工方案提供了技术依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
引言  7-8
第一章绪论  8-14
  1.1 工程背景及意义  8-9
    1.1.1 工程背景  8-9
    1.1.2 研究意义  9
  1.2 碾压混凝土坝的发展概况  9-13
    1.2.1 碾压混凝土坝筑坝技术的发展概况  9-10
    1.2.2 碾压混凝土坝温度场的研究现状  10-11
    1.2.3 碾压混凝土坝温度应力场的研究现状  11-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-14
第二章大体积混凝土的温度场和应力场计算理论  14-21
  2.1 温度场的计算理论  14-18
    2.1.1 热传导方程  14-15
    2.1.2 初始条件和边界条件  15-16
    2.1.3 稳定温度场的三维有限元计算  16-17
    2.1.4 非稳定温度场的三维有限元计算  17-18
  2.2 应力场的计算理论  18-19
  2.3 混凝土徐变的计算分析理论  19-21
第三章基于 ANSYS软件的计算程序编制  21-26
  3.1 大体积混凝土的温度场计算程序编制  21-23
  3.2 大体积混凝土的应力场计算程序编制  23-26
第四章计算模型及计算工况  26-36
  4.1 工程施工过程  26-28
  4.2 计算参数  28-34
    4.2.1 坝址气温  28
    4.2.2 水库水温  28-30
    4.2.3 坝体混凝土配合比  30
    4.2.4 基岩初始温度  30
    4.2.5 混凝土和基岩的热学、力学性能  30-31
    4.2.6 混凝土的弹性模量  31-32
    4.2.7 混凝土的绝热温升  32
    4.2.8 混凝土的浇注温度  32
    4.2.9 混凝土的徐变计算  32-34
  4.3 计算模型  34
  4.4 计算工况  34-36
第五章数值结果及分析  36-51
  5.1 稳定温度场计算结果及分析  36
  5.2 温度场计算结果及分析  36-40
  5.3 应力场计算结果及分析  40-51
第六章结论与建议  51-53
  6.1 结论  51-52
  6.2 建议  52-53
参考文献  53-55
致谢  55

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