大体积混凝土实时温度应力控制研究

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1、大体积混凝土实时温度应力控制研究(申请清华大学工学硕士学位论文)温度场研究培养单位：水利水电工程系学科：水利工程研究生：郑东指导教师:林鹏教授二○一五年五月Studyonreal-timetemperaturestresscontrolofmassconcreteThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinHydraulicEngineeringbyZhengDo

2、ngThesisSupervisor:ProfessorLinPengMay,2015摘要摘要随着经济建设的快速发展，水能资源开发与利用效率的不断提高，我国近二十年修建了一大批大中型水利工程。浇筑大坝所用混凝土是典型的大体积混凝土，为了防止混凝土大坝结构开裂，必须注重温度应力的控制。对大坝混凝土在通水冷却期间的温度场、应力场进行实时研究与反馈，能有效预防大坝出现的过大应力梯度，为工程中采取及时有效的温控措施提供有力参考。本文在CUDA平台下开发了基于GPU并行计算的温度应力有限元仿真程序，通过对室内实验进行仿真模拟，对比

3、分析了仿真所得温度场与实测温度场的区别，利用溪洛渡大坝通水冷却期间实测混凝土温度数据，研究了混凝土实测温度场、应力场的演化规律，并提出了基于应力控制的温控模型。本文主要的研究工作包括：（1）指出了国内外大体积混凝土通水换热系统存在的不足，并从内部致裂演化机理、温度应力场计算及其应力控制理论、实时监测与仿真一体化的应力反馈控制三方面总结了现阶段关于温度应力的研究现状及不足。（2）总结了混凝土温度场、应力场有限元仿真的计算方法，对GPU自编程序主体架构及其对应的计算流程，以及边界条件的处理、施工过程的模拟等方面的具体实现过程

4、进行了详细说明。（3）通过算例分析，将计算结果与商业程序MIDAS以及CPU程序计算结果进行对比，验证了基于GPU的自编程序的准确性、高效性。（4）通过对室内温控实验数据进行分析，仿真求解混凝土在通水冷却期间的温度场分布，并与通过温度计所测混凝土温度数据插值所得温度场分布进行对比，分析仿真与实测温度场的差异及其主要来源。（5）利用溪洛渡大坝现场浇筑仓实测混凝土真实温度数据，计算分析总结得到仓内混凝土温度场、应力场分布及演化规律。（6）分析了温度应力对旭龙大坝整体受力的影响，总结了大坝温度应力重点控制部位，并提出了基于应力

5、控制的温度应力控制与预警模型。关键词：大体积混凝土；实时控制；GPU并行计算IAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofeconomicandthegreatincreaseofefficiencyinhydropowerresourcesusing,ourcountryhasbuildalargenumberoflarge-sizedandmedium-sizedwaterconservancyprojectsinthelast20years.Thedamconcreteisat

6、ypicalkindofmassconcrete,andinordertopreventthegreatdamagetothedamstructurecausedbycracking,wemustpaymuchattentiontothetemperaturecontrolandstresscontrolduringtheconstructionperiodandoperationperiod.Wecommonlyusethemethodofplacinginternalwaterpipetocooldowninside

7、theconcrete.Thestudyofthereal-timetemperaturefieldandstressfieldinconcretedamduringtheperiodofwatercooling,caneffectivelypreventlargetensilestress,andalsoprovideameaningreferenceforengineeringtotakeeffectivemeasuresintime.Thispaperdevelopedatemperatureandstressfi

8、niteelementsimulationprogram,usingGPUparallelcomputing,whichisbasedontheCUDAplatform.ByanalyzingthedataoftheXiluodudamandlaboratoryexperiment,wefindtheevolutio