[发明专利]一种考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建方法

说明书

一种考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建方法，该方法包括以下步骤：步骤1：根据拱坝孔口建立拱坝孔口有限元仿真模型；步骤2：建立拱坝孔口混凝土浇筑仓日平均吸收太阳辐射热表达式；步骤3：建立等效气温计算表达式；步骤4：将拱坝孔口流道侧墙及底板部位表层混凝土各个时刻所吸收的太阳辐射热实际值作为拱坝孔口有限元仿真模型的第三类传热边界条件，再结合综合等效气温以及冷却通水影响，代入拱坝孔口有限元仿真模型中，即完成考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建。本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建方法，可以解决无法对施工期混凝土的温度场进行准确模拟仿真分析的问题。

技术领域

本发明涉及水利水电大体积混凝土强太阳辐射温度预测及温控技术领域，尤其是一种考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建方法。

背景技术

在混凝土大坝建设过程中，由于水泥水化热以及环境气温变化影响等，混凝土内外温差易过大发生开裂。而拱坝孔口部位相对于坝体其他区域来说较为薄弱，外界环境影响明显高于大坝主体。且孔口部位通常采用高标号混凝土，水化热、自生体积变形及弹性模量大，早期应力增长较快，而周边坝体往往采用低标号混凝土，材料特性不同，导致孔口部位易产生表面裂缝，若处置不当，表面裂缝往往发展成为贯穿性裂缝，危害孔口甚至大坝的安全。白鹤滩大坝地处强太阳辐射区，夏季高温、日照强烈，白天河谷最高气温达37℃以上，夜间气温在22℃左右，昼夜温差达10℃以上。孔口部位浇筑易处于高温、昼夜温差大、太阳辐射强的施工环境，对早期混凝土温度效应影响较大。浇筑仓表层混凝土温度变化剧烈，内部混凝土温度变化缓慢，从内至外可能存在较大的温度梯度，进而引起较大的拉应力。由于混凝土早期强度低，产生的拉应力极有可能超过相应龄期浇筑仓的抗拉强度。目前，孔口研究大多集中于运行期应力分布规律及对拱坝整体的影响，然而孔口施工期温度边界属性确定更为复杂，开裂风险更大。因此，针对孔口这种大坝中的特殊结构，研究其在施工期温度发展历程并采用合适的温控措施就显得至关重要。为保证大坝施工质量，施工前需对大坝孔口底板、侧墙和顶板部位温度进行监测，从而实时对温控措施进行调整。然而，目前鲜有考虑太阳辐射热的拱坝孔口浇筑仓温控仿真方面的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建方法，可以解决无法对施工期混凝土的温度场进行准确模拟仿真分析的问题，计算精度较高，较好的表现出太阳辐射热对表层混凝土温度的影响，为后续孔口浇筑仓混凝土温控措施反馈提供有力的技术支持。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立拱坝孔口的有限元仿真模型；

步骤2：依据拱坝孔口浇筑仓内埋设的温度计，采集不同深度处的混凝土日平均温度，依据计算获得的混凝土表面日平均温度和日平均温度梯度，建立拱坝孔口混凝土浇筑仓日平均吸收太阳辐射热表达式；

步骤3：考虑太阳辐射热影响，基于浇筑仓日平均吸收太阳辐射热表达式，将太阳辐射热等效为气温增量，与现场实测气温形成综合等效气温；

步骤4：计算拱坝孔口流道侧墙及底板部位表层混凝土各个时刻所吸收的太阳辐射热实际值，并将其作为步骤1所建立的拱坝孔口的有限元仿真模型的第三类传热边界条件，再结合综合等效气温以及冷却通水影响，代入步骤1建立的拱坝孔口的有限元仿真模型中，即完成考虑太阳辐射热的拱坝孔口仿真计算模型的构建。

步骤1的建立步骤为：

步骤1-1：确定拱坝孔口的浇筑计划：依据实际施工中孔口部位浇筑仓的开仓时间、收仓时间、浇筑历时及间歇期，确定各仓浇筑进度；

步骤1-2：确定坐标系：选取横河向为x轴，顺河向为y轴，铅直方向为z轴；