堆石混凝土坝温度应力仿真分析及温控措施研究

发布时间：2017-10-05 00:23

  本文关键词：堆石混凝土坝温度应力仿真分析及温控措施研究

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【摘要】：混凝土坝在施工期和运行期中,由于温度变化引起的拉应力常常会超过混凝土抗拉强度,使坝体出现裂缝,从而破坏了坝体整体性,降低了坝体耐久性,对大坝危害性较大,因此,如何防止裂缝一直是混凝土坝工程的一个重要问题。堆石混凝土的核心技术在于利用具有高流动性的自密实混凝土,填充堆石体空隙形成完整、连续、高强的混凝土体。与常态混凝土相比,具有绝热温升低、施工快速、绿色环保等优点,已应用于小规模的水利工程中。为进一步推广应用,一些问题还有待研究,如堆石混凝土坝需要采取的温控措施等,但目前还未见到有关堆石混凝土坝温控措施方面的的研究成果。根据已有文献,可将堆石混凝土视为均匀各向同性的均匀材料。本文以某待建堆石混凝土坝为例,运用大型有限元分析软件SAPTIS,结合堆石混凝土的材料特性,依据大坝的工程设计资料和计划施工进度,模拟不同的温控措施和分缝措施,对堆石混凝土坝施工期及运行期的温度场和应力场进行了全过程仿真分析,并总结了堆石混凝土坝的温控措施与分缝措施。结果表明：(1)与同等强度等级的普通混凝土相比,堆石混凝土绝热温升低,抗拉强度略高,有利于防裂,可简化温控措施。(2)堆石混凝土坝无法采取通水冷却和骨料预冷等温控措施,坝体最高温度发生在内部,主要由堆石混凝土初始浇筑温度、环境温度和绝热温升决定。(3)低温季节浇筑的混凝土浇筑温度低,最大拉应力较小,可以只采取常规温控措施如表面养护及表面保温等并且不需分缝；(4)高温季节浇筑的混凝土仅采用表面流水、避开高温时段浇筑等简易温控措施虽能一定程度降低混凝土最高温度和最大拉应力,但由于坝址处冬夏温差大,坝体仍存在开裂风险。(5)高温季节浇筑的混凝土必须采取分缝措施才能控制开裂风险,分缝位置根据仿真分析结果确定。(6)堆石混凝土坝实际施工中,依据仿真分析成果,充分利用低温季节浇筑混凝土,高温季节以较大间距分缝并采取简易温控措施,达到快速优质筑坝的目的。
【关键词】：堆石混凝土 有限元法 仿真分析 温度应力 温控措施
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV544
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 堆石混凝土坝简介12-14
• 1.2 大体积混凝土温度应力分析研究的意义14-15
• 1.3 控制温度应力、防止裂缝的常规措施15-16
• 1.4 堆石混凝土坝温度应力分析及温控措施研究的必要性16
• 1.5 本文研究目的及主要内容16-18
• 第二章 混凝土温度应力仿真分析基本理论18-36
• 2.1 温度场计算基本理论18-25
• 2.1.1 热传导的微分方程18-19
• 2.1.2 热传导的泛函形式19-20
• 2.1.3 空间域函数20-21
• 2.1.4 时间域离散21-22
• 2.1.5 冷却水管的模拟22-25
• 2.2 应力场计算基本理论25-27
• 2.2.1 温度应力25
• 2.2.2 仿真应力25-27
• 2.3 计算软件SAPTIS程序27-36
• 第三章 无温控措施下堆石混凝土坝温度应力仿真分析36-69
• 3.1 工程概况36
• 3.2 基本资料36-45
• 3.2.1 大坝设计体型与结构36-38
• 3.2.2 气象水文资料38-39
• 3.2.3 地质资料39-40
• 3.2.4 混凝土性能参数40-43
• 3.2.5 大坝施工导流规划43
• 3.2.6 大坝浇筑规划43-45
• 3.3 计算模型45-48
• 3.4 大坝温度场计算结果分析48-55
• 3.5 大坝应力场计算结果55-69
• 第四章 简易温控措施对堆石混凝土坝温度应力的影响69-104
• 4.1 简易温控措施模拟计算工况69-70
• 4.2 不同浇筑温度的影响70-79
• 4.3 表面流水的影响79-85
• 4.4 表面保温的影响85-93
• 4.5 加快浇筑进度的影响93-100
• 4.6 本章小结100-104
• 第五章 坝体分缝对大坝温度应力的影响及温控措施研究104-123
• 5.1 计算模型及分缝措施模拟计算工况104-106
• 5.2 上部四条横缝自然入仓工况应力场结果分析106-110
• 5.3 控制浇筑温度22℃上部四条横缝工况应力场结果分析110-113
• 5.4 控制浇筑温度19℃上部两条横缝工况应力场结果分析113-116
• 5.5 控制浇筑温度17℃上部一条横缝工况应力结果分析116-120
• 5.6 本章小结120-123
• 第六章 结论与展望123-125
• 6.1 主要结论123-124
• 6.2 展望124-125
• 参考文献125-128
• 个人简历及科研情况128-129
• 致谢129

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本文编号：973733