基于响应面技术的水工混凝土热学参数反分析

发布时间：2020-09-14 14:27

　　倒虹吸结构是在水流遇到平面相近高程处时,为解决其无法顺利流出的现象而修建的立交水工建筑物,根据大体积混凝土的定义,属于大体积混凝土结构。施工期由于水化产热致使结构内部温度升高,从而可能形成较大温差。根据混凝土温度裂缝的发生机理,当温差过大时会使混凝土拉应力超过允许范围,从而导致裂缝产生。裂缝的产生与发展不仅影响结构的安全,还会限制结构物效益的充分发挥。研究显示,多数倒虹吸结构裂缝的产生与其施工期温度应力相关。为避免倒虹吸结构裂缝的产生,开展真实准确的倒虹吸结构施工期仿真分析,是大量学者目前追求的目标。研究表明,混凝土相关热学参数的准确性直接影响着结构温度场的真实性。由于其相关热学参数通常是通过规范取值或经验所得,与实际情况存在较大的差异,可通过对热学参数的反分析并以此为基础,来保证仿真分析的准确性。本论文主要工作有:(1)根据温度场有限元法的计算相关理论,结合使用ANSYS有限元分析软件,对实验和经验所得的混凝土热学参数建立的有限元模型进行温度场分析。(2)基于倒虹吸结构现场浇筑施工所测得的实测温度数据为响应值,通过响应面技术与混凝土相关热学参数拟合出对应的显示函数表达式,进而求得热学参数的最佳取值。(3)根据反分析得到的参数,对实际工程在浇筑过程中的温度场及应力场进行仿真分析。本文主要目的:为倒虹吸瞬态温度场分析提供更准确的参数,从而为倒虹吸合理施工与裂缝控制提供参考依据。本文主要结论:(1)通过响应面技术在相关热学参数反分析的应用,使所得参数能够较好模拟实际温度场的变化规律,证明了反分析的可行性以及必要性。(2)通过温度场的分析可知,混凝土结构内部温度高于外部温度,升温较快,降温较慢。通过应力场的分析可知,混凝土在浇筑前期由于水化产热较大,拉应力较大,易出现裂缝,所以应采取必要的措施进行防裂控制。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV431
【部分图文】：

热量分布,微元体,热流通量

华北水利水电大学硕士学位论文结构与结构间的传热。根据相关研究表明，物体材料的导热的产生和传导。在结构的稳定温度场，通过物体的热流通量非稳定温度场中，通过物体的热流通量是有关时间的函数是均匀的，且各向同性的材料。对于任意一无穷小的立方体示为图 2-1，单位时间内在 x 方向的净热量xQ 为：( )x x x dxQ q q dydz xq d y d： z在单位时间内通过x 轴方向的热量流入量；x d xq d y d z ：在单位时间内通过轴方向的热量流出量

单元,求解计算,后处理器,主要步骤

图 2-2 Solid70 单元Fig 2-2 Unit solid70分析的基本过程SYS 有限元软件的主要步骤[48]：处理：建立有限元模型。题的实体模型转化为有限元模型。建立几何模型后，对结构的材据分析类型选择合适的单元类型，按照结构的要求对结构进行合加荷载计算。，进行求解计算。根据实际工况，用合理的施载方式对结构进行荷处理:提取结果处理器(POST1)或者时序后处理器((POST26)，使用绘图、列表等

分布图,中心组合设计,试验点,试验次数

图 3-1 中心组合设计试验点分布图Fig 3-1 The distribution of central composite design test poin试验因素，其试验次数与因素个数之间的关系见2c k n，其中试验因素为 k k 2 。表 3-1 中心组合设计的因素与试验次数 3-1 The factors and test times of the central composite de因素数中心点数试验次数2 5 133 6 204 6 305 8 426 10 867 10 152

【参考文献】