本文關(guān)鍵詞：水閘施工期溫度場及多參數(shù)組合下水管冷卻效果模擬研究

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【摘要】：隨著水利事業(yè)的發(fā)展,水閘作為重要的擋水、泄水或取水的建筑物,得到了廣泛應(yīng)用。由于水閘等混凝土結(jié)構(gòu)大多數(shù)采用高性能混凝土,施工期水泥水化熱反應(yīng)較為迅速,釋放出的熱量較大,導致水閘內(nèi)部溫度產(chǎn)生劇烈的變化,從而使水閘底板和閘墩上容易產(chǎn)生表面裂縫甚至貫穿性裂縫,進而影響到水閘的防水、承壓等性能,因此對水閘的溫控防裂顯得尤為重要。本文在總結(jié)分析前人對溫度場、應(yīng)力場以及水管冷卻研究工作的基礎(chǔ)上,利用ANSYS有限元分析軟件中的參數(shù)化編程語言,并結(jié)合軟件中的熱模塊進行二次開發(fā),計算了某水閘的溫度場,然后采用熱應(yīng)力耦合算法和徐變等效模量法,計算了水閘的應(yīng)力場。根據(jù)計算結(jié)果,分析了該水閘可能產(chǎn)生裂縫的位置和原因,并在閘底板和閘墩內(nèi)埋設(shè)冷卻水管進行溫控防裂。水閘通水冷卻時,利用熱流管單元附加節(jié)點與水閘有限元模型上的節(jié)點進行耦合,從而建立水管單元,對水管冷卻過程進行計算。通過對含有冷卻水管的混凝土柱進行仿真模擬并與分離變量法的計算結(jié)果進行對比,從而驗證程序的適用性,并對冷卻水管的部分影響參數(shù)進行量化分析。結(jié)合某水閘的實際情況,重點選取了冷卻水管間距、布置方式和通水時間三個參數(shù)進行研究,以保證該水閘在施工期的整體冷卻效果達到最佳。由于水管間距對冷卻效果的影響較大,在其他參數(shù)不變的情況下,逐步將冷卻水管進行加密,分別確定了閘底板和閘墩內(nèi)部冷卻水管的間距,在此基礎(chǔ)上,重點對閘底板冷卻水管在同一層面的布置方式進行了優(yōu)化研究,提出了雙向布置方式并對其冷卻效果進行仿真模擬。計算結(jié)果顯示：同單向布置方式、對稱布置方式的冷卻效果相比,雙向布置的方式對削減閘底板溫度峰值的作用較為明顯,可以有效改善閘底板內(nèi)部溫度分布的不均性,減小溫度應(yīng)力。最后在確定了水管間距和布置方式的基礎(chǔ)上,對冷卻水管的通水時間進行了研究,確定了合理的通水時間。本文研究方法及成果可為水閘溫控分析及冷卻方案制定提供有益依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：水閘 溫度場 熱流耦合 水管冷卻 雙向布置
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV66;TV544
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 緒論17-22
• 1.1 研究背景、目的和意義17
• 1.2 國內(nèi)外的研究概況17-21
• 1.2.1 有限元仿真分析進展17-19
• 1.2.2 水管冷卻研究進展19-21
• 1.3 本文研究基本內(nèi)容21-22
• 第二章 混凝土溫度場和應(yīng)力場計算基本原理22-31
• 2.1 水閘溫度分布的影響因素22-23
• 2.1.1 外界影響因素22
• 2.1.2 內(nèi)部影響因素22-23
• 2.2 熱傳導方程與邊值條件23-25
• 2.2.1 熱傳導方程23-24
• 2.2.2 初始條件與邊界條件24-25
• 2.3 不穩(wěn)定溫度場有限單元法計算25-27
• 2.4 不穩(wěn)定應(yīng)力場有限單元法計算27-30
• 2.4.1 不穩(wěn)定應(yīng)力場有限單元法27-28
• 2.4.2 徐變應(yīng)力的等效模量法28-29
• 2.4.3 自生體積變形的等效溫差法29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 水閘模型的建立31-42
• 3.1 ANSYS簡介31-35
• 3.1.1 ANSYS軟件主要特點31-32
• 3.1.2 基于ANSYS的GUI操作概述32-33
• 3.1.3 參數(shù)化編程語言APDL概述33-35
• 3.2 水閘有限單元模型35-41
• 3.2.1 工程背景35-36
• 3.2.2 模型的建立36-37
• 3.2.3 熱力學參數(shù)的設(shè)置37-38
• 3.2.4 邊界條件的確定38-39
• 3.2.5 荷載的施加39-40
• 3.2.6 澆筑過程的模擬40
• 3.2.7 模型計算40-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 水閘溫度場和應(yīng)力場分析42-49
• 4.1 水閘溫度場分析42-45
• 4.2 水閘應(yīng)力場分析45-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 水管冷卻的計算49-63
• 5.1 水管冷卻有限元計算原理49-52
• 5.2 水管冷卻有限元仿真模擬52-53
• 5.2.1 水管冷卻模型的建立52-53
• 5.2.2 水管冷卻仿真計算步驟53
• 5.3 算例53-60
• 5.4 冷卻水管參數(shù)的模擬60-62
• 5.4.1 冷卻水管直徑60
• 5.4.2 冷卻水的流量60-62
• 5.4.3 冷卻水入口的溫度62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 第六章 多參數(shù)組合下水管冷卻效果研究63-81
• 6.1 冷卻水管間距的確定63-71
• 6.1.1 閘底板水管間距的確定64-67
• 6.1.2 閘墩內(nèi)水管間距的確定67-71
• 6.2 布置方式的優(yōu)化71-76
• 6.2.1 不同布置方式溫度場72-75
• 6.2.2 不同布置方式的應(yīng)力分析75-76
• 6.3 通水時長76-80
• 6.3.1 閘底板通水時長77-78
• 6.3.2 閘墩通水時長78-80
• 6.4 本章小結(jié)80-81
• 第七章 結(jié)論與展望81-83
• 7.1 本文總結(jié)81-82
• 7.2 本文展望82-83
• 參考文獻83-87
• 攻讀碩士學位期間的學術(shù)活動及成果情況87

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