锦屏一级高拱坝温度场和应力场仿真分析

为了高拱坝的安全施工和运行采用有限元法模拟了锦屏一级工程混凝土拱坝的整体施工过程和30 a运行过程,结果揭示了300 m级高拱坝的温度历时变化过程、坝体准稳定温度场及应力场分布规律,对设计和施工具有重要的参考价值。

上犹江水电站大坝闸墩与廊道顶拱裂缝成因分析

针对江西上犹江水电站大坝闸墩裂缝和检查廊道顶拱的贯穿裂缝,运用温度场和温度应力的有限元方法对施工和运行过程进行模拟计算,在运行期重点考虑夏季泄洪冷击和冬季寒潮对开裂的影响,根据计算结果对裂缝的成因进行分析。计算结果表明,不同时期的温度应力是产生裂缝的主要原因。提出了裂缝处理和预防的建议。

基于冷却水管离散算法的重力坝温控研究

应用精度较高的水管冷却混凝土温度场离散迭代算法对某混凝土重力坝进行全坝段仿真计算,结果揭示了坝体准稳定温度场、坝体温度和应力变化规律。提出的温控防裂措施合理可行、效果明显,对设计和施工具有重要的参考价值。

南水北调高性能混凝土温度边界条件的试验研究

为了获取南水北调工程高性能混凝土准确的温度场边界条件,浇筑了一个大型混凝土试块,其中通有3根不同的塑料冷却水管,试块四周和底面采用了5种不同的模板,上表面覆盖了4种不同的保温材料.采用遗传算法对实测数据进行反演,获取了相关的边界条件参数,对温控仿真计算具有重要的参考价值.

不连续岩体的三维弹粘塑性复合单元模型研究

阐述了复合单元法的原理,并在此基础上提出了针对不连续岩体的算法。该算法最突出的特点是每个复合单元可以含有几个不连续面,如断层或节理。该算法的主要优点是可以方便地整合到传统有限元分析程序中,且当结构中含有较多需在计算中离散处理的不连续面时,计算网格的生成不受不连续面的数量、位置和方向的影响。算例表明这种新方法是合理和有效的。

基于改进微粒群法和有限元法的混凝土温控方案优化

对于大体积混凝土最优温控方案的选取,传统方法是按照规范的要求和人工反复修改方案,存在效率低下和受限于经验的问题。该文采用改进的微粒群算法(PSO,particle swarm optimization)优化方法,以及基于有限元(FEM,finite element method)的混凝土温度场和应力场仿真算法联合进行优化。算例设定了2个优化目标,即只考虑安全性的单目标优化(多特征点达到最小防裂安全系数1.8),以及考虑安全性和经济性的双目标优化(温控综合成本最小化)。计算结果表明,所提方法能够实现温控方案的自动寻优,优化结果更科学合理,总体研究效率可提高50%以上。考虑双目标优化后,在确保防裂安全的条件下能够明显降低温控措施的综合成本。

混凝土坝厚层短歇的快速浇筑方法及应用

混凝土坝工程投资大、建设周期长,同时存在混凝土容易开裂,影响工程安全的问题.为解决这些矛盾,分析了混凝土施工中浇筑层厚和间歇期的影响因素,介绍了厚层短歇的快速浇筑思路,提出由此产生的不利方面可用适当的温控措施予以解决.该方法在国内几个工程中实施获得成功,实现的效益显著.

不连续岩体温度场的复合单元模型初步研究

基于复合单元法原理和不稳定温度场的隐式解法,提出针对不连续岩体温度场的复合单元法。该算法的特点是每个复合单元可以含有任意的不连续面,如断层或节理,且当结构中含有需在计算中离散处理的不连续面时,网格的生成不受不连续面的数量、位置和方向的影响。初步研究针对含1条节理的复合单元模型展开,假定岩块中无对流和辐射影响,推导岩块子单元和不连续面的热传导计算式,得到不连续岩体温度场的复合单元算法基本方程组,然后将该算法整合到传统有限元分析程序中。分别采用传统有限单元和复合单元法模拟热水流过单条裂隙时岩体温度场的变化过程,二者的计算结果非常接近,表明不连续岩体温度场的复合单元算法是合理和有效的,但其配套的温度场等值线后处理程序有待进一步完善。该算法的提出为深部岩体的多场耦合研究提供又一思路。

锦屏一级拱坝约束坝块高温季节施工温控仿真

基础约束区是拱坝温控防裂工作中比较重要的部位,高温季节浇筑会增加温控防裂的难度.对锦屏一级高拱坝河床坝段的约束区混凝土建立了有限元模型,采用冷却水管的离散算法,对高温季节的施工过程进行了仿真计算,得到了模型的温度场和徐变应力场,根据计算结果提出了高温季节施工可行的温控措施,为设计和施工提供了重要的参考.

考虑温度影响的混凝土水化热温升反演分析

水化度对混凝土的温升过程有比较明显的影响,以往工程中的热学参数反演往往没有考虑这一影响.采取浇筑大型混凝土块的方式进行了现场试验,根据表层温度梯度特点优化了温度探头的布置.根据实测混凝土温度和环境温度数据,采用基于水化度的三维有限元温度场计算程序和遗传算法,获得混凝土的各种热学参数.测点温度的实际值和计算值的对比表明两者可以较好地吻合,可见,该方法可以较好地反映混凝土的温升特性,为温度场的仿真计算提供可靠依据.

高温季节碾压混凝土坝强约束区温控防裂方案研究

我国西南地区高温季节持续较长,碾压混凝土坝面临施工期温度裂缝的威胁.基于碾压混凝土坝施工期开裂机理,结合某大型碾压混凝土重力坝强约束区高温季节的施工,采用有限元仿真算法模拟了不同昼夜温差条件下的混凝土温度场和应力场发展过程,根据计算结果对表面保温和水管冷却过程中的具体参数进行优化,成果对同类工程具有参考价值.

三维阶谱有限元法在倒虹吸工程温度场中的应用研究

引入了阶谱单元基函数,对非稳定温度场的有限元算法进行了改进,给出了确定虚结点的温度初值和边界值的方法,编制了相应的计算程序,并应用于某大型倒虹吸工程的混凝土施工仿真计算。与常规有限元方法的对比结果表明,在网格稀疏的情况下,阶谱有限元法计算的特征点温度历时曲线和温度场等值线与准确值吻合得较好,而常规有限元法则误差相对较大,采用阶谱有限元法对大体积混凝土结构进行非稳定温度场计算,可以在保证计算精度的前提下减少单元数量,从而明显降低前处理和计算的时间成本。

钢筋对闸墩混凝土早龄期应力影响的数值分析

在大体积混凝土薄壁结构中,混凝土在早龄期很容易开裂.设计人员有时采用钢筋进行防裂限裂,但钢筋在混凝土早龄期阶段的防裂效果仍不明确.对典型的闸墩和底板建立有限元模型,并分别采用整体式和分离式模型模拟了闸墩中的钢筋.采用4种不同的工况,模拟施工期荷载条件下的应力场,根据计算结果可以认为目前常见的钢筋布置方案对闸墩混凝土早龄期应力影响很小,可以不予考虑.

复合单元法动力分析初步研究

复合单元法是一种适用于不连续介质结构分析的数值计算方法,优点是建立网格时不用考虑结构中不连续面,计算时能离散模拟不连续面。在复合单元法静力计算模型的基础上,提出了复合单元的动力分析方法。给出了复合单元动力分析的质量矩阵和阻尼矩阵的具体表达式,通过质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵将分布于复合单元内部的惯性力和阻尼力分别转移到复合单元的广义节点上。建立了惯性力、阻尼力、动力荷载及弹性力作用下的复合单元动力系统的控制方程组。以一个基岩内含有两条断层的混凝土重力坝模型地震为例,采用复合单元法动力分析程序进行计算,其结果与有限单元法解吻合得较好,说明所提出方法的正确性和有效性。

早龄期表面实时防裂模型在水闸工程中的验证

为了防止大体积混凝土早龄期产生表面裂缝,本文根据表面温度梯度的特性取表面0.05~0.50m范围内的混凝土为对象,采用表面防裂安全系数与龄期及表面温度梯度的关系为计算模型,尝试实时定量地监测混凝土早龄期表面的应力安全状态.在江苏某水闸工程大体积混凝土的施工过程中进行了原型测试,根据实时测量的早龄期混凝土仓面和侧面的温度梯度,计算了表面安全系数,并实时监测裂缝的产生.结果表明,所提模型能够较好地反映早龄期混凝土表面防裂安全状态,可供类似工程参考.

快速施工条件下基于变形法的混凝土坝应力分析

为提高混凝土坝的施工速度,可以采用厚浇筑层和短间歇期的快速施工方法。基于中国西南某大型碾压混凝土重力坝的快速施工过程,根据其施工期和初运行期的实测应变,采用变形法计算了混凝土应力,成果较好地反映了快速施工条件下混凝土坝施工期和初运行期的应力发展过程,对类似工程的施工有一定的参考价值。

水工钢筋混凝土数值模型与应用综述

描述分析了现有的钢筋混凝土数值计算模型,以及各类模型在几种常见商业软件中的应用现状.提出了钢筋混凝土数值模型在实际应用中存在的一些问题.

加锚岩体的三维复合单元模型研究

首先提出了复合单元的概念,然后将其应用于建立砂浆固结锚杆的分析模型。该模型考虑了岩体、砂浆、锚杆、岩体/砂浆接触面、砂浆/锚杆接触面等多重介质。借助阶谱的概念,复合单元可以纳入常规有限单元法分析中去。当某单元不含锚杆时,即退化为常规有限单元。应用该模型进行加固布设优化分析,当单元内锚杆的数量与方向改变时,计算网格无需变化,从而为大规模三维复杂结构计算分析的前处理提供较大便利。模型在有限单元软件CORE3中实现。并提供了计算实例。

混凝土致裂应力与内外约束和徐变的关系

温度变形、自生体积变形和徐变等受内外约束是混凝土裂缝产生的主要原因.为研究水化反应过程中混凝土内部由于温差、温变幅度和线胀系数差异存在的相互制约关系,减少内外约束下温度和自生体积变形及早龄期混凝土开裂,需要对混凝土温度场和应力场进行精确的仿真.通过仿真计算并根据现场模型试验结果对混凝土温度应变、自生体积应变、徐变、内外约束应变进行反分析.研究表明,早龄期混凝土致裂应力主要与徐变和内外约束有关.

用遗传算法确定考虑温度历程的混凝土水化放热模型参数及试验验证

目前,考虑温度历程绝热温升模型存在参数较难确定和尚未有现场非绝热温升试验验证其精度2个问题。为了解决这2个问题,该文提供了一种合适的遗传算法实现方法,设计了2个温度历程不同的混凝土非绝热温升试验,并将一个混凝土块的试验数据及该方法反演获得的参数应用到模拟另一个混凝土块温度场中。试验结果表明,即使温度历程差异较大,遗传算法也能获取准确的参数。应用遗传算法解决考虑温度历程混凝土水化放热模型具有可行性;且较未考虑温度历程模型,考虑温度历程的混凝土水化放热模型精度有明显提高。未考虑温度历程模型的平均误差为1.1℃而考虑温度历程模型平均误差仅为0.4℃。