混凝土水管冷却温度场的计算方法

针对混凝土水管冷却温度场的计算问题,在目前用有限单元法迭代算法近似求解的基础上,根据水管与混凝土之间热量交换的平衡原理,提出了一种新的计算方法,并且数学上完全严密.采用该方法和文中所建议的沿程水管边界单元的搜索技巧,可以方便地严格模拟实际工作中蛇形水管的走向,提高计算精度.同时,针对实际工程中为提高温度场和温度应力场的计算精度带来计算量大的问题,提出了利用有限单元法的并行计算技术以及子结构技术两种方法,降低计算规模.     

倒丁字型混凝土结构施工期温控与防裂研究

针对倒丁字型混凝土结构特点以及施工期易产生裂缝这一问题,阐述了该类型混凝土结构裂缝的产生机理,提出了表面保温、水管冷却、吊空模板等温控防裂技术。运用混凝土温度场和应力场的基本原理和三维有限单元法,对某实际工程下进行了仿真计算分析。计算结果表明在表面保温和内部水管降温相结合的温控措施下,防裂效果良好。该措施对类似工程具有一定的参考价值。     

含冷却水管的混凝土温度场复合单元新算法

针对含冷却水管的大体积混凝土施工期温度场计算精度和效率的协调问题,提出了一种新的复合单元算法。该算法将冷却水管周围的混凝土区域分为非线性温度区(A区)、线性温度区(B区),并考虑管内水体温度(水区)。根据A区内的混凝土温度与到管壁距离的关系,以及各分区的泛函,导出了含一个混凝土子单元和一个水体子单元的复合单元新模型。算例表明,在计算精度方面,有限元与复合元对比计算得到的规律完全一致,在绝热温升50℃或60℃条件下两种方法的温度结果最大差异在2℃以内,该差异主要与A区半径的取值有关。在计算效率方面,本文算例中复合元的计算总耗时是有限元的50%。与原冷却水管复合单元模型相比,新算法可以在不增加网格密度的条件下,提高水管周围混凝土温度场的计算精度,且计算效率较高。     

水管冷却混凝土温度场计算的三维p 型有限元法

引入阶谱与自适应技术,将p型有限元法应用于水管冷却混凝土温度场的仿真计算,通过对单元升阶谱,以扩大容许函数空间来提高数值解精度,并编制了p型自适应有限元计算程序。针对同一计算模型,分别采用不同网格密度的常规有限元法和p型有限元法进行了水管冷却混凝土温度场的计算分析和对比研究。结果表明,p型有限元法的计算结果在网格稀疏的情况下仍然能够达到较高的精度,特征点温度时程线和温度场等值线与精细算法值吻合得较好,而常规有限元法则误差相对较大。同时,采用p型有限元法进行水管冷却混凝土温度场模拟,可以在保证计算精度的前提下减少单元数量,从而降低前处理的难度、工作量以及计算的时间成本。     

水工薄壁混凝土结构水管冷却效果的研究分析

在施工期,薄壁混凝土结构容易产生裂缝,针对这一问题,文章阐述了裂缝的成因和开裂机理,认为混凝土早期的内外温差、后期的基础温差是产生这类裂缝的主要原因,将水管冷却技术应用于薄壁混凝土结构来减小内外温差和基础温差。借助于已有水管冷却混凝土温度场应力场的理论算法,通过三维有限单元法计算了某渡槽在水管冷却措施下的温度控制和裂缝防止效果,计算显示,该渡槽混凝土结构中水管冷却的温控效果是明显的,同时,水管冷却技术在施工现场操作灵活、施工成本较低,因此在薄壁混凝土结构工程中值得推广应用。     

碾压混凝土坝高温期连续施工采用冷却水管进行温控的研究

针对碾压混凝土坝(RCCD)高温期难以连续施工的问题，笔者提出在大坝的高温期连续施工区局部采用冷却水管，并对冷却水管三维导热降温的作用提出一种有限单元法计算技术。由于水管中的冷却水是流动的，需通过迭代求解才能得到问题的收敛解。通过对某一大坝混凝土施工全过程的动态仿真计算，分析了冷却水管温控措施对RCCD高温期连续施工时温度场的控制性影响作用。结果表明，本文的方法具有一定的工程应用前景；在局部区铺设冷却水管可改善和控制RCCD内部的温度分布，是一种有效的温控手段，尤其对大坝的削峰降温敏感有效，可作为确保RCCD高温期也能连续施工的一种值得推广的温控措施。     

带有冷却水管的混凝土温度场热学参数反演

由试验或经验公式求得的混凝土温度场计算参数，往往和施工现场实际参数有较大出入，给温度场仿真计算精度带来了不利影响。为此，研究了一种温度场计算参数的优化反演方法。根据实测温度资料，在考虑水管冷却效果的混凝土温度场有限元计算程序基础上，结合数学上的优化方法——复合形法，进行了混凝土温度场热学参数的反演。对三峡右岸地下电站引水洞衬砌混凝土热学参数反演的结果表明，此法是可行的。     

水管冷却计算的部分自适应精度法

提出了混凝土坝一期冷却水管模拟计算，并可大幅减少计算工作量的“部分自适应精度法”，利用这种算法，可实现水管冷却的精细模拟算法在大型工程中的应用，应用该法对龙滩碾压混凝土坝的水管冷却温度场进行了计算，结果令人满意。     

混凝土板温度场的解析计算方法

温度应力控制是大型混凝土板工程中极为重要的防裂措施,而温度场的分析计算则是温控防裂的首要工作。由于混凝土板易受外界气温、日照辐射和地基温度等边界条件影响,精确求解混凝土板温度场是很困难的。针对混凝土板温度场的计算问题,本文给出了两个温度场计算公式和一种计算水管冷却的新方法,这些公式可用来计算混凝土板的最高温度、水管冷却和保温效果等。通过解析计算和有限元计算结果对比显示,将这些公式用于计算实际混凝土板块时具有较高的精度。     

水管冷却混凝土温度场分析

在文献【3】的基础上，基于冷却水管与混凝土之间热量交换的平衡原理，提出水管冷却混凝土温度场问题有限元求解的改进迭代算法。通过试验验证及在工程中的应用，说明该算法不但在理论上精确、严密，而且具有很高的迭代计算效率和计算精度。     

水管冷却效应的有限元子结构模拟技术

本文提出了水管冷却效应的有限元子结构模拟技术，将冷却水管所在单元视为子结构，给出了相应的有限元计算公式和计算步骤。结果表明，子结构法的引入解决了计算机贮存量、单元网格的处理等一系列问题，从而具有很大的优越性。     

Thermal field in water pipe cooling concrete hydrostructures simulated with singular boundary method

The embedded water pipe system is often used as a standard cooling technique during the construction of large-scale mass concrete hydrostructures. The prediction of the temperature distribution considering the cooling effects of embedded pipes plays an essential role in the design of the structure and its cooling system. In this study, the singular boundary method, a semi-analytical meshless technique, was employed to analyze the temperature distribution. A numerical algorithm solved the transient temperature field with consideration of the effects of cooling pipe specification, isolation of heat of hydration, and ambient temperature. Numerical results are verified through comparison with those of the finite element method, demonstrating that the proposed approach is accurate in the simulation of the thermal field in concrete structures with a water cooling pipe.     

A p-version embedded model for simulation of concrete temperature fields with cooling pipes

Pipe cooling is an effective method of mass concrete temperature control, but its accurate and convenient numerical simulation is still a cumbersome problem. An improved embedded model, considering the water temperature variation along the pipe, was proposed for simulating the temperature field of early-age concrete structures containing cooling pipes. The improved model was verified with an engineering example.Then, the p-version self-adaption algorithm for the improved embedded model was deduced, and the initial values and boundary conditions were examined. Comparison of some numerical samples shows that the proposed model can provide satisfying precision and a higher efficiency. The analysis efficiency can be doubled at the same precision, even for a large-scale element. The p-version algorithm can fit grids of different sizes for the temperature field simulation. The convenience of the proposed algorithm lies in the possibility of locating more pipe segments in one element without the need of so regular a shape as in the explicit model.     

倒T字型混凝土薄壁结构施工期温度裂缝控制研究

针对倒T字型混凝土薄壁结构特点以及施工期易产生裂缝这一问题，阐述了裂缝成因和开裂机理,提出了相应的防止措施。倒T字型薄壁混凝土结构早期的内外温差，后期基础温差是这类裂缝产生的主要原因，而表面保温和内部水管降温是防止这类裂缝的有效温控措施。基于Arrhennius方程，采用水化度理论预测了温度和龄期对混凝土基本热学和力学性能发展的影响规律，结合混凝土温度场应力场的基本原理和水管冷却的精确算法，对某－实际工程进行了仿真计算分析。计算结果表明在表面保温和内部水管降温相结合的温控措施下，防裂效果良好。该措施对类似工程具有一定的参考价值。     

聚乙烯冷却水管的等效间距

水管冷却是混凝土坝温度控制的重要手段，过去采用钢管或铝管，近年国内外不少工程采用高强聚乙烯水管，已有取代金属水管的趋势，人们关心的一个问题是两种水管的冷却效果和经济比较。为此提出了聚乙烯水管等间距的计算方法，为两种水管冷却的效果和经济比较提供了依据。     

水管冷却热传导计算模型能量分析

对水管冷却有限元法和水管冷却等效热传导法的相关性进行了研究,采用同一套有限元网格,仿真分析了混凝土浇筑仓的非稳定温度场和徐变应力场,对比分析了两种水管冷却计算模型计算的混凝土浇筑仓平均温度和弹性应变能及黏性应变能.水管冷却等效热传导法计算的混凝土平均温度与水管冷却有限元法计算的平均温度接近,前者是后者的等效平均,但两者的同一节点温度不一样,且差异有时还比较大.由于前者是后者温度的等效平均,所以前者和后者的弹性应变能和黏性应变能接近,但两者的同一节点的应力不一样,因此其差异有时也比较大.