三河口碾压混凝土拱坝温控仿真模拟及反馈分析

开 题 报 告论文题目：三河口碾压混凝土拱坝温控仿真模拟及反馈分析 学院： 学号： 姓名： 一、论文选题的目的和意义对于拱坝而言，温度变化及温度荷载是影响坝体安全及运行状态的一个重要因素。掌握温度的变化规律对拱坝设计具有重要的意义。本论文的研究目的主要是了解大体积混凝土温度控制背景，学习有限元基本理论、高拱坝应力计算方法等，利用大型有限元分析软件ANSYS为分析工具，以三河口碾压混凝土拱坝为工程实例，根据工程实际进行有限元建模，运用等效算法，结合温控防裂措施，对该工程进行温度场、应力场仿真计算，探讨碾压混凝土高拱坝温控防裂方法。由三河口实际工程资料可以知道，三河口水利枢纽坝址多年平均温度为12.8，其中1月多年平均温度为1.2，7月多年平均温度为24.2，必须高度重视坝体的混凝土温控防裂问题。温控的重点是低温和高温季节的混凝土浇筑问题，特别是基础约束区部位的混凝土浇筑温度控制。对坝体混凝土温控防裂问题、结合面开裂问题、施工进度与混凝土温度控制措施之间的矛盾等，也需进行深入研究。二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势近年来碾压混凝土坝迅速发展，且以它优越的技术和经济特点而越来越受到世界坝工界的青睐。虽然高粉煤灰掺量使得碾压混凝土水化热较低，但由于采用通仓或横缝间距较大的连续碾压施工方式，浇筑块长，间歇时间短，上下层温差和基础温差引起的应力均较大，使得碾压混凝土高坝的温度裂缝问题依然十分突出。如何采取有效措施，防止温度应力造成混凝土结构表面和内部出现有害裂缝，一直是碾压混凝土结构施工中的一个复杂而又难度很大的技术问题。从20世纪30年代开始，人们已在混凝土坝温度控制和防止裂缝方面做过不少工作，在以下几方面取得了显著成效，包括：应用减水剂，掺用混合材料，改善自身体及变形，选用膨胀系数小的骨料等。与常态混凝土相比，碾压混凝土在材料参数和施工方法方面有较大区别，其温度应力和温控措施都有自己的特点，在对碾压混凝土的温度和应力进行分析和研究时，必须要充分考虑这些特点才能采取恰当的措施对碾压缓凝土坝进行合理的温度控制。国内基本都采用平面有限元法，对混凝土拱坝施工期温度进行了较为系统的仿真模拟，可以获得有关工程的施工期有、无温控措施的温度场与应力分布规律，论证了设计温控措施的合理性与科学性。通过对稳定温度场的有限元模拟，还提出了大坝封拱温度建议值及相应的温控措施等。仿真结果对同类型高拱坝均适用。为更进一步的完善温控分析和提出更有效的温控措施，有关高拱坝温度控制的其他分析研究方法还有待发展。 三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线（1）主攻方向：本论文主要对三河口碾压混凝土拱坝进行温度仿真分析及计算，确定大坝坝体在施工及蓄水过程中的温度场、应力场的变化规律，分析计算该结果是否均在设计允许范围之内，与国内外实测和计算结果相比较，是否与已建同类工程相似，从而论证该工程的可行性和可靠性，确保大坝安全稳定运行。（2）主要内容：根据三河口碾压混凝土拱坝的具体情况，考虑河道来水温度、气温、太阳辐射等因素，确定合理的温度场和应力场计算的边界条件和初始条件。根据工程资料，真实模拟坝体的浇筑过程、温控方案以及气温和水温变化。运用朱伯芳提出的理论公式计算水库水温，气温公式，在此基础上采用ANSYS分析软件的方法计算碾压混凝土拱坝单个坝段的稳定温度场。运用ANSYS分析软件的方法仿真计算施工期瞬态温度场、应力场，并对各温控要素进行敏感性分析，最终给出合理的温控措施建议。（3）研究方法：有限元分析法，相关规范提供的理论公式及计算方法，文献分析法。（4）技术路线：首先根据三河口碾压混凝土拱坝的设计图纸建立某一坝段的研究模型，然后运用ANSYS有限元软件作为分析工具，计算施工和蓄水过程该坝段的温度场、应力场等，最后对比规范分析得出结果并提出合理的温控措施。四、论文工作进度安排3月2日3月13日：查阅工程相关资料，完成开题报告。3月13日3月底：分析基本资料，熟悉ANSYS软件。4月1日4月底：根据工程资料建立模型，进行初步计算，提交中期检查报告。4月中下旬：生产及毕业实习。5月1日5月15日：根据施工组织设计进行仿真加载，进行有限元计算和规范方法计算，并分析结果。5月15日5月25日：对结果进行完善修改。5月25日6月6日：整理成果，提交论文，进行正式答辩。五、论文主要文献1 朱伯芳. 考虑水管冷却效果的混凝土等效热传导方程J. 水利学报, 1991,3:28-34.159-164.2 朱伯芳. 混凝土坝水管冷却仿真计算的复合算法J. 水利水电技术, 2004, 34(11): 47-50.3 刘杏红, 马刚, 常晓林, 等. 基于热-流耦合精细算法的大体积混凝土水管冷却数值模拟J. 工程力学, 2012, 29(8): 159-164.4 Liu X, Duan Y, Zhou W, et al. Modeling the Piped Water Cooling of a Concrete Dam Using the Heat-Fluid Coupling MethodJ. Journal of Engineering Mechanics, 2012, 139(9): 1278-1289.5 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制M. 中国电力出版社, 1999.6 Ding J, Chen S. Simulation and feedback analysis of the temperature field in massive concrete structures containing cooling pipesJ. Applied Thermal Engineerin