用数值流形法分析温度场及温度应力

 应用有限元法进行大体积混凝土结构的温度应力仿真分析时,为获得满意的计算精度,往往需要剖分比较密集的网格,计算工作量大。鉴于数值流形法具有自适应分析和网格剖分方便等优点,推导了基于高阶流形法的温度场及温度应力计算公式,公式中的被积函数均是多项式基底的乘积,可以直接采用单纯形积分法进行精确积分。在此基础上,开发了相应计算程序,为大体积混凝土结构的温度应力仿真计算开辟了新的途径。算例表明,在粗网格情况下,通过提高覆盖函数的阶数,数值流形法可迅速提高计算精度。     

大体积混凝土温度徐变应力简易算法

水泥水化热引起的温升导致大体积混凝土浇筑后会产生很高的温度应力,从而导致混凝土开裂。由于混凝土徐变产生的应力松弛降低了温度应力水平,这对防止混凝土开裂是有益的,因此,在温度应力的计算中必须考虑徐变的影响。目前在温度徐变应力的计算中采用有限元法居多,但有限元法计算效率较低。通过对原有松弛系数法计算公式进行补充并在误差允许范围内对其进行简化,提出了温度徐变应力的简易算法。对温度仿真分析结果采用简易算法进行温度徐变应力计算,通过计算结果的对比验证了计算的准确性,该方法为求解大体积混凝土温度徐变应力提供了一条便捷的途径。     

混凝土的拉压徐变不相等时的结构应力分析

本文用有限元法研究了在线性徐变条件下,混凝土的拉伸徐变和压缩徐变不相等时的结构应力把徐变变形看作是初应变,给出计算徐变变形的递推公式,从而可不必记录历史应力而得到隐式解法.文末算例说明,在一般混凝土坝中掺加粉煤灰后,由于混凝土的拉压徐变不相等,对其温度徐变应力有相当的影响.     

混凝土徐变对坝体温度应力场的影响

用有限单元法研究徐变对大体积混凝土结构温度应力的影响,对混凝土结构的温度应力进行 了仿真计算。计算结果表明,徐变度越大,温度应力越小,二者近似服从二次函数关系。徐变对温度应 力场的影响作用受水管冷却措施的影响较大,当水管冷却时间较长或水化热发热速率较快时,徐变对温 度应力的影响作用明显减小。     

混凝土徐变对坝体温度应力场的影响

徐变对温度应力影响很大,可使其减小一半左右。本文用有限单元法研究徐变对大体积混凝土结构温度应力的影响,对混凝土结构温度应力进行仿真计算。结果表明,徐变度越大,温度应力越小,二者近似服从二次函数关系。徐变对温度应力场的影响受水管冷却措施的影响较大,当水管冷却时间较长或水化热发热速率较快时,徐变对温度应力的影响作用明显减小。     

施工期混凝土浇筑块的徐变断裂分析

本文将线性徐变理论和分别以主应力、主应变控制的分散裂缝模型相结合,推导出计算混凝土浇筑块温度徐变应力的有限元递推公式,并编制了计算机程序。最后以东江拱坝基础部分浇筑块为例进行了分析,计算结果与观测结果吻合。     

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.     

小浪底孔板洞混凝土衬砌仿真分析

以小浪底孔板洞为例,采用三维有限元法,对C70高强度混凝土超厚衬砌的温变效应进行了仿真分析。结合小浪底工程实测温度与裂缝资料,分析衬砌出现裂缝的原因与C70混凝土水化热温升过高、线膨胀系数大、弹性模量增长快、浇筑块太长、养护方式不当、施工质量问题等因素有关,并由温度场和应力场的计算结果指出,徐变温度应力是造成衬砌结构产生裂缝的主要原因。     

分析晚龄期混凝土结构简谐温度徐变应力的等效模量法和等效温度法

水温和气温的周期性变化,如年变化,在混凝土结构内部会引起周期性变化的温度应力.在拱坝、隧洞衬砌等超静定结构内,这种温度应力可以达到相当大的数值.由于混凝土徐变对温度应力有重要的影响,计算中必须考虑徐变.对于比较简单的结构,利用复模量法或积分变换法,可以得到理论解答.对于比较复杂的实际结构,解析方法已无能为力,目前主要利用有限单元法求解,由于计算中有时间变量,要划分一系列时     

溢流坝段温度徐变应力三维有限元计算分析

结合某拱坝溢流坝段工程实际情况,采用三维有限元法对该溢流坝段施工和运行期温度场、温度徐变应力场进行了仿真计算。计算中考虑了混凝土热力学参数随龄期变化、坝体分层浇筑过程及自重、水压力对温度应力的影响以及采取的分期通水冷却和表面保温等温控措施。计算结果表明,施工期及运行期溢流坝段混凝土综合应力均未超过混凝土的抗拉强度。     

碾压混凝土坝横缝间距对温度应力的影响

本文根据碾压混凝土坝薄层浇筑连续上升的施工特点，用三维有限元浮动网格法计算程序，按不同横缝间距的坝段，模拟施工过程对温度场和温度应力进行了仿真计算，揭示了相同施工条件下，横缝间距对坝体最大温降应力、施工期温度场和温度应力影响，对碾压混凝土坝横缝间距选择具有参考价值。     

设计地震作用下拱坝的等效应力应用研究

有限元法由于其适用性强的特点而大量应用于拱坝的应力分析中,但由于有限元法计算结果受网格尺寸和网格形态的影响较大,且易在坝踵和坝趾出现应力集中效应,给拱坝的应力评价带来困难。目前有限元等效应力法多应用于拱坝的静力分析中,但对于拱坝在设计地震作用下的应力分析,仍没有明确的评价标准。本文将有限元等效应力法扩展应用于拱坝的动力分析中,结合沙牌拱坝的工程实例,采用抗震规范的承载能力极限状态设计式对坝体强度进行评价,评价的结果和实际情况较吻合,为等效应力在拱坝动力分析中的应用提供了有益的探索。     

混凝土结构有限元计算中预应力模拟方法及比较

介绍了钢筋混凝土结构有限元分析中模拟预应力的方法并给出相关公式。以块体结构和预应力闸墩为例,对比了不同预应力模拟方法的差异。分析结果表明：荷载法计算精度受预应力筋矢跨比的影响,当矢跨比较大时会有较大误差;节点力法能够模拟任何曲率的预应力筋作用,网格划分合理时计算结果与考虑张拉过程的实体力筋法一致;对于非杆系预应力混凝土结构,需考虑混凝土开裂时应采用实体力筋法,否则可采用节点力法;采用实体力筋法模拟预应力作用时,是否考虑张拉过程对锚固端附近的混凝土压应力影响较大,对其它部位影响不明显。     

大型地下钢筋混凝土岔管结构优化分析

本文根据岩体和混凝土衬砌联合受力特点，系统地提出了大型地下钢筋混凝土岔管结构优化分析方法。针对岔管空间几何特征，结合三维有限元的原理，提出了采用程序分析判断，自动生成各种不同类型的三维有限元地下钢筋混凝土岔管结构网格的计算方法。该方法只须输入几个关键的控制参数，便能自动剖分所须岔管网格，为大型地下钢筋混凝土岔管结构优化分析提供一种快速网格生成方法。根据岩体损伤开裂和弹塑性破坏特征，从岩体开挖应力扰动的塑性耗散能扩散理论和混凝土衬砌结构开裂损伤原理，提出了大型地下钢筋混凝土岔管结构型式优化的评估方法。通过对工程实例分析，证明该方法能综合反应地下钢筋混凝土岔管结构型式和参数选择以及岔管所处的地质环境和条件的影响，为优化地下钢筋混凝土岔管结构合理型式提供了一种有效的分析方法。     

水电站表孔闸墩施工期温度应力仿真分析

用三维有限元浮动网格法进行了水电站表孔闸墩施工期的温度场和温度应力仿真分析，分析中考虑了混凝土的弹模、徐变度及自生体积变形等物理力学参数随龄期变化和分层浇筑对墩体温度应力的影响，提出了防止在施工过程中由于外界温度变化及混凝土水化热等因素引起表面裂缝的措施。     

混凝土拱坝的极限分析

采用工程结构极限分析方法，利用已有的有限元计算程序并结合数学规划方法来推求拱坝的整体安全系数。作为弹塑性求解问题的简化方法，极限分析比传统的弹塑性增量计算效率更高、更实用。提出了适用于三维混凝土高拱坝结构极限下限分析的有限元数学规划算法。针对数学规划格式中未知变量过多的难点，采用有限元弹塑性增量计算中同一增量步上不同迭代步之间的应力差来构造缩减的自平衡应力场。采用序列二次规划算法直接求解下限分析的非线性规划问题，避免了线性化屈服条件造成的计算规模的大幅度增加。算例表明，提出的方法切实可行而且效率更高。     

钢纤维混凝土结构温度应力特性

通过早期水化热及外界温度影响下的钢纤维混凝土模型试验,得出钢纤维混凝土比普通混凝土具有更好的热传导性,可以减小钢纤维混凝土内部的温度梯度,进而降低表面应力的结论。在试验的基础上进一步通过有限元数值模拟,计算钢纤维混凝土在不同热导率下的温度及温度应力,给出了钢纤维混凝土热导率与温度梯度和温度应力之变化关系。数值计算结果表明,钢纤维混凝土热导率变大,结构内部温差变小,温度应力减小,验证了模型试验所得的结论,表明了钢纤维混凝土的实际抗裂作用。     

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。