38-沉管隧道管段侧墙水管冷却效应的仿真分析

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1、第三届中国CAE工程分析技术年会论文集沉管隧道管段侧墙水管冷却效应的仿真分析梅甫良(嘉兴学院建筑工程学院，浙江嘉兴314001)摘要:::本文对沉管隧道管段水管冷却效应进行了仿真分析:。对于水管附近的区域采用一种能够较为精确刻画水管附近温度时空变化的子结构有限元来模拟，而对远离水管的区域采用常规单元模拟。对求解域建立了有限元方程并转换为状态方程形式，然后采用精细积分法进行求解。分析研究了有、无水管冷却作用下侧墙温度场时空分布的差异和冷却水流量、冷却高度对侧墙温度场时空分布的影响规律。研究证明，水管冷却对降低侧墙

2、内外温差、最高温度和防止温度裂缝的产生的作用是十分显著的，是一种极为重要的降温防裂措施。关键词::::水管冷却；子结构单元；状态方程；精细积分法；仿真分析SimulatingAnalysisofApipe-sectionSideWallforanimmersed-pipetunnelwiththecoolingeffectofawaterpipeMeiFuliangCollegeofArchitecture&Engineering,JiaxingUniversity,JiaxingZhejiang314001A

3、bstract:Simulatinganalysisofthecoolingeffectofawaterpipeforthepipesectionofanimmersedpipetunneliscarriedout.Asub-structureelementwhichcanaccuratelyreflecttime-spatialvariationoffthewaterpipessimulatesthefieldadjacenttowaterpipes,andageneralelementsimulatesth

4、efieldfarawayfromthewaterpipes.Afiniteelementequationisestablishedforthesolvedfield,istransformedintoastateequationform,andthenissolvedbymeansofapreciseintegrationmethod.Thedifferenceoftime–spatialtemperaturedistribution,theeffectofcoolingwaterflowvelocityan

5、dcoolingheightonthetemperaturefieldofasidewallareanalyzedundernocoolingeffectandcoolingeffectofwaterpipes.Researchshowsthattheactionofthewaterpipecoolingonthedecreaseofinternal-externaltemperaturedifference,maximumtemperatureandtheprohibitionofproductionofte

6、mperaturecracksisoutstanding,andisanimportanttemperature-decreased,crack-prohibitedmessage.Keywords:coolingeffectofwaterpipes;sub-structureelement;stateequation;preciseintegrationmethod;simulatinganalysis.111引言1引言在沉管隧道管段混凝土浇筑至硬化过程中，为了使已经冷却了的底板与新浇混凝土侧墙之间的水平施工

7、缝两边的温度差、侧墙内外温差、最高温度以及温度拉应力限制在允许范围以内，以防止侧墙底部温度伸缩裂缝的产生和提高混凝土管段自身的水密性能，往往在侧墙混凝土浇筑之前预先埋设冷却水管并在侧墙混凝土浇筑之后的前几天内往水管内通冷却水以降低侧墙内最高温度、内外温差。水管冷却作用下混凝土结构温度场的求解方法有：解析法和数值法。解析法只能适用于求解简单的水管冷却温度场问题，这儿不作介绍。数值法可分为：（1）在每一冷却水管的周【3】围布置大量的、细小的单元，其缺点为占用计算机内存容量大、计算量大；（2）将含冷却【4】水管及其附

8、近混凝土视为子结构单元，尽管对计算机内存容量大的要求显著降低，但计算211第三届中国CAE工程分析技术年会论文集【5】工作量并没有多大的减少；（3）将含水管及其附近混凝土作为特殊单元，该单元能够准确模拟水管附近混凝土温度场，可是其有限元计算公式相当繁琐，不便于应用。本文将沉管隧道管段温度场简化为垂直于其轴线的平面温度场，然后将其分为远离水管【4】的区域I和水管附近的区域II。对区域I采