水闸施工期温度场及多参数组合下水管冷却效果模拟研究

发布时间：2017-09-14 16:40

  本文关键词：水闸施工期温度场及多参数组合下水管冷却效果模拟研究

  更多相关文章： 水闸 温度场 热流耦合 水管冷却 双向布置

【摘要】：随着水利事业的发展,水闸作为重要的挡水、泄水或取水的建筑物,得到了广泛应用。由于水闸等混凝土结构大多数采用高性能混凝土,施工期水泥水化热反应较为迅速,释放出的热量较大,导致水闸内部温度产生剧烈的变化,从而使水闸底板和闸墩上容易产生表面裂缝甚至贯穿性裂缝,进而影响到水闸的防水、承压等性能,因此对水闸的温控防裂显得尤为重要。本文在总结分析前人对温度场、应力场以及水管冷却研究工作的基础上,利用ANSYS有限元分析软件中的参数化编程语言,并结合软件中的热模块进行二次开发,计算了某水闸的温度场,然后采用热应力耦合算法和徐变等效模量法,计算了水闸的应力场。根据计算结果,分析了该水闸可能产生裂缝的位置和原因,并在闸底板和闸墩内埋设冷却水管进行温控防裂。水闸通水冷却时,利用热流管单元附加节点与水闸有限元模型上的节点进行耦合,从而建立水管单元,对水管冷却过程进行计算。通过对含有冷却水管的混凝土柱进行仿真模拟并与分离变量法的计算结果进行对比,从而验证程序的适用性,并对冷却水管的部分影响参数进行量化分析。结合某水闸的实际情况,重点选取了冷却水管间距、布置方式和通水时间三个参数进行研究,以保证该水闸在施工期的整体冷却效果达到最佳。由于水管间距对冷却效果的影响较大,在其他参数不变的情况下,逐步将冷却水管进行加密,分别确定了闸底板和闸墩内部冷却水管的间距,在此基础上,重点对闸底板冷却水管在同一层面的布置方式进行了优化研究,提出了双向布置方式并对其冷却效果进行仿真模拟。计算结果显示：同单向布置方式、对称布置方式的冷却效果相比,双向布置的方式对削减闸底板温度峰值的作用较为明显,可以有效改善闸底板内部温度分布的不均性,减小温度应力。最后在确定了水管间距和布置方式的基础上,对冷却水管的通水时间进行了研究,确定了合理的通水时间。本文研究方法及成果可为水闸温控分析及冷却方案制定提供有益依据。
【关键词】：水闸 温度场 热流耦合 水管冷却 双向布置
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV66;TV544
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-22
• 1.1 研究背景、目的和意义17
• 1.2 国内外的研究概况17-21
• 1.2.1 有限元仿真分析进展17-19
• 1.2.2 水管冷却研究进展19-21
• 1.3 本文研究基本内容21-22
• 第二章 混凝土温度场和应力场计算基本原理22-31
• 2.1 水闸温度分布的影响因素22-23
• 2.1.1 外界影响因素22
• 2.1.2 内部影响因素22-23
• 2.2 热传导方程与边值条件23-25
• 2.2.1 热传导方程23-24
• 2.2.2 初始条件与边界条件24-25
• 2.3 不稳定温度场有限单元法计算25-27
• 2.4 不稳定应力场有限单元法计算27-30
• 2.4.1 不稳定应力场有限单元法27-28
• 2.4.2 徐变应力的等效模量法28-29
• 2.4.3 自生体积变形的等效温差法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 水闸模型的建立31-42
• 3.1 ANSYS简介31-35
• 3.1.1 ANSYS软件主要特点31-32
• 3.1.2 基于ANSYS的GUI操作概述32-33
• 3.1.3 参数化编程语言APDL概述33-35
• 3.2 水闸有限单元模型35-41
• 3.2.1 工程背景35-36
• 3.2.2 模型的建立36-37
• 3.2.3 热力学参数的设置37-38
• 3.2.4 边界条件的确定38-39
• 3.2.5 荷载的施加39-40
• 3.2.6 浇筑过程的模拟40
• 3.2.7 模型计算40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 水闸温度场和应力场分析42-49
• 4.1 水闸温度场分析42-45
• 4.2 水闸应力场分析45-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 水管冷却的计算49-63
• 5.1 水管冷却有限元计算原理49-52
• 5.2 水管冷却有限元仿真模拟52-53
• 5.2.1 水管冷却模型的建立52-53
• 5.2.2 水管冷却仿真计算步骤53
• 5.3 算例53-60
• 5.4 冷却水管参数的模拟60-62
• 5.4.1 冷却水管直径60
• 5.4.2 冷却水的流量60-62
• 5.4.3 冷却水入口的温度62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 多参数组合下水管冷却效果研究63-81
• 6.1 冷却水管间距的确定63-71
• 6.1.1 闸底板水管间距的确定64-67
• 6.1.2 闸墩内水管间距的确定67-71
• 6.2 布置方式的优化71-76
• 6.2.1 不同布置方式温度场72-75
• 6.2.2 不同布置方式的应力分析75-76
• 6.3 通水时长76-80
• 6.3.1 闸底板通水时长77-78
• 6.3.2 闸墩通水时长78-80
• 6.4 本章小结80-81
• 第七章 结论与展望81-83
• 7.1 本文总结81-82
• 7.2 本文展望82-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况87

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