日照作用下箱型渡槽温度应力分析与表面隔热研究

发布时间：2017-04-19 17:00

  本文关键词：日照作用下箱型渡槽温度应力分析与表面隔热研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国修建了一大批以渡槽为主的长距离输水工程以克服我国极不平衡的水资源分布,其中甘肃省的引洮工程位于气温温差大、太阳辐射强的高海拔地区,混凝土箱型渡槽在夏季正常运行工况中容易产生较大的温度应力,需要投入足够的重视。随着各类渡槽规模的逐渐增大,与之相关的研究工作却稍显滞后,特别是对箱型渡槽日照温度效应及其防裂措施的研究很少,为此本文以引洮工程柳林沟渡槽为例研究了箱型渡槽的日照温度效应过程,并对其表面隔热进行了初步探讨,为工程实践提供参考。本文应用有限元分析软件ANSYS对混凝土箱型渡槽的横截面建立了平面模型,有效地模拟了结构在夏季强太阳辐射的环境下产生的温度及应力变化。通过对其温度场的初始条件和边界条件的准确分析,为箱型渡槽日照温度效应过程的研究提供了可靠的依据。结果分析得到:箱型渡槽在夏季日照作用下的温度分布比较复杂,且顶板的温度变化最为剧烈,腹板次之,底板最小。直接裸露于自然界中的箱型渡槽槽身内部温度呈现外高内低的分布状态,内外温差较大,使结构中出现外部受拉、内部受压的应力分布。随着夏季一天内气象条件的变化,大多数时刻结构所承受的最大拉应力都已经超过了混凝土的抗拉强度设计值1.43MPa,这易使渡槽结构产生裂缝,因此,需要在渡槽外表面采取相应的隔热措施来防止裂缝的产生。本研究对比分析了在槽身外部铺设聚苯乙烯和聚氨酯两种材料分别以20mm、35mm、50mm的厚度进行隔热时槽身内部的温度场与温度应力分布。进行隔热后,渡槽结构的最高温度有了明显降低,其内、外表面的最大温差也随之减小,从而有效地减小了由此引起的温度应力,使其在混凝土抗拉、压范围内。随着隔热材料厚度的增加,渡槽外表面温度逐渐降低。研究表明:同种材料的隔热效果随着其厚度的增加而增大,隔热层越厚,隔热效果越好,但是槽身内部温度应力的减小幅度却呈现先剧烈再缓慢的趋势;相同厚度的隔热材料对混凝土的隔热效果只取决于其导热系数,且这两者呈反比关系。本文通过对比分析夏季日照作用下混凝土箱型渡槽在有、无外表面隔热措施时槽身内部的温度场和应力场,了解了外表面隔热对渡槽结构温度场及其温度应力的影响,并且得出了一系列结论,为实际工程的设计、施工提供了有价值的参考依据。
【关键词】：箱型渡槽 日照温差 有限元分析 温度效应 表面隔热
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV672.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 选题的背景和意义9-11
• 1.2 裂缝的分类11-12
• 1.3 箱型渡槽的温度效应12-15
• 1.3.1 温度荷载的分类12-13
• 1.3.2 温度应力分析的必要性13-15
• 1.4 国内外研究现状15-19
• 1.5 本文研究的主要内容19-20
• 2 日照作用下混凝土箱型渡槽的温度场基本原理20-30
• 2.1 热交换方式20-21
• 2.1.1 热辐射20
• 2.1.2 热对流20-21
• 2.1.3 热传导21
• 2.2 平面温度场的基本计算理论21-26
• 2.2.1 热传导方程21-24
• 2.2.2 热传导问题的定解条件24-26
• 2.2.3 瞬态传热26
• 2.3 箱型渡槽的温度荷载计算26-30
• 2.3.1 放热系数 β27
• 2.3.2 对流换热系数h_c27-28
• 2.3.3 辐射换热系数h_r28
• 2.3.4 综合换热系数h28
• 2.3.5 综合气温T_sa28-30
• 3 无隔热条件下箱型渡槽温度场分析与计算30-41
• 3.1 ANSYS计算模型的建立30-31
• 3.2 温度场的分析计算31-39
• 3.3 温度场与温度应力计算结果分析39-41
• 4 混凝土结构的表面隔热41-46
• 4.1 表面隔热的基本原理41
• 4.2 表面隔热的计算方法41-43
• 4.2.1 等效表面散热系数法42
• 4.2.2 等效厚度法42-43
• 4.3 隔热材料简介43-46
• 4.3.1 性能介绍43-44
• 4.3.2 优缺点对比44-46
• 5 采用隔热措施后箱型渡槽温度场与温度应力的分析计算46-61
• 5.1 采用聚苯乙烯材料隔热的温度场与温度应力47-51
• 5.1.1 采用 20mm聚苯乙烯材料隔热47-48
• 5.1.2 采用 35mm聚苯乙烯材料隔热48-50
• 5.1.3 采用 50mm聚苯乙烯材料隔热50-51
• 5.2 采用聚氨酯材料隔热的温度场与温度应力51-56
• 5.2.1 采用 20mm聚氨酯材料隔热51-53
• 5.2.2 采用 35mm聚氨酯材料隔热53-54
• 5.2.3 采用 50mm聚氨酯材料隔热54-56
• 5.3 隔热效果对比56-59
• 5.3.1 不同厚度聚苯乙烯材料隔热效果对比曲线56-57
• 5.3.2 不同厚度的聚氨酯材料隔热效果对比曲线57-58
• 5.3.3 同厚度不同材料隔热效果对比曲线58-59
• 5.4 采用隔热材料隔热后的温度场与温度应力结果分析59-61
• 结论61-62
• 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 攻读学位期间的研究成果66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 钟汉华;冷涛;郑玲;;引丹灌区某渡槽数值计算分析及病险处理[J];长江科学院院报;2008年06期

2 李小群;张媛;陈海山;;国内外渡槽发展现状及趋势[J];农业科技与装备;2011年12期

3 刘淑荷;;复拱桁架渡槽的计算[J];浙江水利科技;1982年04期

4 沈友群;;浅谈渡槽建设中应注意的几个问题[J];农田水利与小水电;1982年01期

5 王梦雅;夏富洲;;基于可拓理论的渡槽结构老化评价[J];武汉大学学报(工学版);2014年02期

6 夏富洲;渡槽水毁及其它破坏的修复[J];人民长江;2000年03期

7 李正农,刘华,袁文阳,孟吉复;m:河渡槽抗震可靠度分析[J];中国农村水利水电;2000年11期

8 季国文,贾秀琴,杜学礼;圆形渡槽水力设计新公式及其应用[J];水利水电科技进展;2000年01期

9 夏富洲;渡槽水毁及其他破坏的修复[J];湖北水力发电;2000年01期

10 李宗坤,胡良明;穿黄渡槽槽墩的三维有限元分析[J];人民黄河;2001年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄亮;王博;徐建国;侯玉洁;;纵向地震动输入下的大型渡槽结构减振控制研究[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年

2 彭辉;雷进生;;南水北调中线漕河渡槽结构地震动力特性研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（上册）[C];2009年

3 蒋林华;周晓明;徐宁;濮琦;储洪强;徐金霞;;钢筋混凝土渡槽耐久性研究进展[A];第七届全国混凝土耐久性学术交流会论文集[C];2008年

4 彭宣茂;刘宁;;大型渡槽结构整体抗震分析[A];首届全国水工抗震防灾学术会议论文集[C];2006年

5 李正农;吴红华;楼梦麟;;排架支承式渡槽自振特性的简化计算方法[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年

6 王瑜波;袁文阳;;渡槽结构模型动力特性试验[A];第14届全国结构工程学术会议论文集（第三册）[C];2005年

7 姜鹏;张燎军;;排架式渡槽风致响应的数值风洞试验研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2013年)[C];2013年

8 李遇春;张龙;;渡槽抗震计算若干问题的讨论与建议[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2013年)[C];2013年

9 吴剑国;金伟良;张爱晖;王盛;;基于马氏链样本模拟的渡槽结构系统可靠度分析[A];2005年船舶结构力学学术会议论文集[C];2005年

10 聂利英;殷玉梅;张雷;张燎军;;渡槽减隔震设计中橡胶支座竖向性能探讨[A];首届全国水工抗震防灾学术会议论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 记者 赵洪亮;中线大流量渡槽技术研究获新成果[N];中国水利报;2007年

2 本报记者 毕鹏飞;三年 我们这样走过[N];中国水利报;2007年

3 记者 仇方迎邋通讯员 王怀民 蒋明;南水北调中线工程大流量渡槽技术难题攻克[N];科技日报;2007年

4 陈华;大型预应力U型薄壳渡槽施工技术创新[N];科技日报;2004年

5 本报记者 苏冠群;科技创新助推建设又好又快[N];中国水利报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 黄亮;大型渡槽结构半主动控制研究[D];郑州大学;2010年

2 王云仓;三向预应力多侧墙渡槽结构研究[D];天津大学;2008年

3 郑明燕;考虑SSI的减隔震简支桥梁（渡槽）建模及地震动力响应研究[D];中国地质大学;2014年

4 徐建国;大型渡槽结构抗震分析方法及其应用[D];大连理工大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘哲;渡槽结构考虑水体晃动的多点地震输入分析[D];西安理工大学;2010年

2 刘尚坤;钢筋混凝土渡槽结构健康诊断与安全评估研究[D];西北农林科技大学;2015年

3 谢利云;水工混凝土在多因素耦合作用下的性能劣化规律研究[D];华北水利水电大学;2015年

4 刘龙;大跨度叠箱渡槽温度场研究[D];北京工业大学;2015年

5 黄荐;大跨渡槽横向地震响应特性分析及工程应用[D];北京工业大学;2015年

6 冯超;混凝土渡槽结构流固耦合动力响应分析[D];西北农林科技大学;2015年

7 刘涛;大跨连续刚构渡槽的抗震性能研究[D];重庆交通大学;2015年

8 陈茜;日照作用下箱型渡槽温度应力分析与表面隔热研究[D];兰州交通大学;2015年

9 杨旭亮;双槽式渡槽结构地震反应分析[D];兰州交通大学;2015年

10 彭敏瑞;冰荷载、温度荷载对大型预应力渡槽结构的影响研究[D];天津大学;2007年

  本文关键词：日照作用下箱型渡槽温度应力分析与表面隔热研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：316694