随着国民经济水平的发展,泵站作为水利水电工程中一种重要的水工建筑物,得到了广泛应用。泵站结构中站墩、底板等部位属于大体积混凝土结构,施工期水泥水化产生大量的热量,由于混凝土导热性能差等因素导致浇筑块内部温度大幅升高,常常出现较大的内外温差,最终导致混凝土产生表面裂缝甚至贯穿性裂缝,进而影响混凝土结构的整体性与稳定性,对工程的安全运行造成了影响。国内外针对施工期混凝土开裂现象展开了许多研究,通过采取一些合理的温控防裂措施,能够有效地避免出现危害性裂缝。本文围绕泵站底板混凝土施工期温度控制与防治裂缝的问题,以界牌枢纽泵站工程为依托,运用有限元软件MIDAS,对其混凝土底板施工期的温度场和应力场进行数值仿真模拟,同时通过对采用不同温控措施的方案计算并对比分析,制定切实可行的施工方案。论文主要研究工作如下:(1)查阅国内外相关的文献资料,介绍防治混凝土施工期温度裂缝的背景,总结前人对混凝土温度场及应力场的有限元仿真研究以及温控防裂措施的研究工作。介绍了混凝土相关热学性能,介绍混凝土温度场、应力场基本理论与有限元计算,以及水管冷却和表面保温等温控防裂措施相关的计算方法。(2)在理论计算原理的指导下,以界牌枢纽泵站底板为研究对象,基于有限元软件MIDAS,建立底板及地基的三维有限元网格模型,并确定其相关热力学参数,同时设置施工过程中的不同的浇筑方案。(3)模拟了方案1浇筑过程,得到了不采取温控措施下混凝土底板的温度场及应力场分布变化情况,在此基础上分析了混凝土底板开裂的可能性。其中,局部混凝土表面的早期应力大于当时的允许抗拉强度,早期混凝土表面将发生开裂现象。(4)通过模拟方案2、方案3、方案4下的施工浇筑过程,研究不同的浇筑温度、不同参数下的水管冷却和不同材料表面保温的三种温控方案,对其温度场及应力场对比分析,判断各方案的温度控制效果的优劣,制定切实有效的施工方案。其中,采取方案2、方案3、方案4均可有效降低混凝土表面的早期应力,但局部表面的拉应力依旧大于允许抗拉强度,不满足要求。最终通过综合方案可以使混凝土表面早期应力满足抗裂安全性能要求。
基本信息
| 题目 | 界牌泵站底板混凝土施工期温度控制分析研究 |
| 文献类型 | 硕士论文 |
| 作者 | 陈浩 |
| 作者单位 | 扬州大学 |
| 导师 | 许建中,周济人 |
| 文献来源 | 扬州大学 |
| 发表年份 | 2020 |
| 学科分类 | 工程科技Ⅱ辑 |
| 专业分类 | 水利水电工程 |
| 分类号 | TV544 |
| 关键词 | 泵站底板,有限元,温度应力,温控防裂 |
| 总页数： | 81 |
| 文件大小： | 6984K |
论文目录
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外混凝土温控防裂研究现状及进展 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 混凝土热学性能及温度应力场计算理论 |
| 2.1 混凝土热学相关性能 |
| 2.2 热传导条件与边值条件 |
| 2.2.1 热传导方程 |
| 2.2.2 初始条件与边界条件 |
| 2.3 计算温度场的求解方法 |
| 2.3.1 稳定场的计算理论 |
| 2.3.2 不稳定温度场的显示解法 |
| 2.3.3 不稳定温度场的隐式解法 |
| 2.4 应力场的有限元法 |
| 2.4.1 基本理论 |
| 2.4.2 混凝土弹性徐变温度应力场分析 |
| 2.5 水管冷却的有限元法 |
| 2.5.1 水管冷却温度场直接解法 |
| 2.5.2 水管冷却温度场与应力场的等效解法 |
| 2.6 混凝土表面保温计算方法 |
| 2.6.1 等效表面散热系数法 |
| 2.6.2 等效厚度法 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 有限元模型建立与参数设定 |
| 3.1 有限元软件介绍 |
| 3.2 有限元模型 |
| 3.2.1 工程背景 |
| 3.2.2 气候温度 |
| 3.2.3 模型的建立 |
| 3.2.4 计算参数的确立 |
| 3.2.5 模拟基本设定 |
| 3.2.6 浇筑施工方案 |
| 3.2.7 温度裂缝的预测 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 界牌泵站底板温度场和应力场分析 |
| 4.1 泵站特征点选取 |
| 4.2 温度场分析 |
| 4.3 应力场分析 |
| 4.4 抗裂能力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 泵站底板混凝土温度控制方案的计算分析 |
| 5.1 不同浇筑温度下的温控措施的计算分析 |
| 5.2 不同参数下通水冷却温控措施的计算分析 |
| 5.2.1 冷却水管间距的确定 |
| 5.2.2 冷却水管通水流量的确定 |
| 5.2.3 冷却水管通水时长的影响 |
| 5.2.4 通水冷却最优方案的计算分析 |
| 5.3 不同保温材料下底板表面保温措施的计算分析 |
| 5.4 综合方案的计算分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
参考文献
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