[发明专利]一种基于热传导理论的拱坝温度荷载施加方法及系统

说明书

本发明提供一种基于热传导理论的拱坝温度荷载施加方法及系统，拱坝温度荷载施加方法包括：根据拱坝坝体的体形参数，沿高程将坝体节点划分为多个上游坝面节点组件和多个下游坝面节点组件；根据拱坝坝体运行期的温度场条件，确定各上游坝面节点组件的上游坝面温度荷载及各下游坝面节点组件的下游坝面温度荷载，将上游坝面温度荷载作为上游温度边界条件，将下游坝面温度荷载作为下游温度边界条件；基于各上游温度边界条件、各下游温度边界条件及坝体热学参数，进行坝体稳定传热有限元计算，确定拱坝坝体内部各节点的温度荷载；将拱坝坝体内部各节点的温度荷载施加到坝体对应的位置处，降低了温度荷载施加的难度，提高了温度荷载施加的效率和精度。

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，特别是涉及一种基于热传导理论的拱坝温度荷载施加方法及系统。

背景技术

温度荷载作为一种作为拱坝的主要荷载之一，温度荷载按运行期间坝体混凝土温度与封拱温度的差值确定，应该分别计算设计正常温升和设计正常温降情况下坝体的温度荷载。温度荷载沿坝体厚度方向的分布如图1所示，可分解为断面的平均温度(Ⅰ)、等效线性温差(Ⅱ)和非线性温度变化(Ⅲ)，采用有限元分析坝体应力时，只考虑平均温度(Ⅰ)和等效线性温差(Ⅱ)两部分。因此温度荷载沿厚度方向是线性变化的，在有限元仿真计算过程中，传统的温度荷载的施加方法为：先以拱坝厚度方向上采用等分的方式剖分有限元网格，然后按照厚度方向的分层依次建立坝体各层节点，并将相同的温度荷载节点划分为同一组件，再在各层组件上人工施加温度荷载。这种计算方法对坝体网格的要求较高，考虑坝身泄水孔口及闸墩的情况下，网格的剖分难度极大，从而导致温度荷载无法施加，或者施加后的温度荷载偏差较大。

基于上述问题，亟需一种温度荷载施加方法以提高温度荷载施加的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于热传导理论的拱坝温度荷载施加方法及系统，可降低温度荷载施加的难度并提高温度荷载施加的效率和精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于热传导理论的拱坝温度荷载施加方法，所述基于热传导理论的拱坝温度荷载施加方法包括：

根据拱坝坝体的体形参数，沿高程将坝体上游节点划分为多个上游坝面节点组件，将坝体下游节点划分为多个下游坝面节点组件；节点表示坝体的不同位置的有限元网格角点；

根据拱坝坝体运行期的温度场条件，确定各上游坝面节点组件高程位置处拱坝的上游坝面温度荷载及及各下游坝面节点组件高程处拱坝的下游坝面温度荷载；其中，将各上游坝面温度荷载作为对应的上游坝面节点组件的上游温度边界条件，将各下游坝面温度荷载作为对应的下游坝面节点组件的下游温度边界条件；

基于各上游温度边界条件、各下游温度边界条件及坝体热学参数，进行坝体稳定传热有限元计算，确定拱坝坝体内部各节点的温度荷载；

将拱坝坝体内部各节点的温度荷载施加到坝体对应的位置处。

可选地，所述拱坝坝体运行期的温度场条件包括：拱坝坝体多年年平均温度场、拱坝坝体多年年变化温度场及拱坝坝体封拱温度场；

所述根据拱坝坝体运行期的温度场条件，确定各上游坝面节点组件高程位置处拱坝的上游坝面温度荷载及及各下游坝面节点组件高程处拱坝的下游坝面温度荷载，具体包括：

针对任一坝面节点组件，根据拱坝坝体多年年平均温度场确定对应所述坝面节点组件处坝体的截面第一平均温度和第一等效线性温差；所述坝面节点组件为任一上游坝面节点组件或任一下游坝面节点组件；

根据拱坝坝体多年年变化温度场确定对应所述坝面节点组件处坝体的截面第二平均温度和第二等效线性温差；

根据拱坝坝体封拱温度场确定对应所述坝面节点组件处坝体的截面第三平均温度和第三等效线性温差；