[发明专利]考虑软基固结和混凝土徐变的闸首施工仿真方法

摘要

本发明公开了一种考虑软基固结和混凝土徐变的闸首施工仿真方法，步骤为：1、确定混凝土和软土地基的热学参数、混凝土的徐变计算参数、地基的固结参数、地基的弹塑性力学参数；2、建立闸首结构的有限元网格；3、确定计算的时间步骤，混凝土的初始温度，混凝土保温措施的等效放热系数；4、根据热学参数、时程分析步骤、初始条件和气温预测计算温度场；5、计算开挖后的软土地基的孔压和地应力分布；6、施加温度荷载、地基初始孔压、地基地应力和需要考虑的其他荷载进行应力计算。本发明方法综合考虑了混凝土的徐变特性和软土地基的弹塑性固结特性，能较完善的预测施工期闸首结构的应力。

主权项

1.一种考虑软基固结和混凝土徐变的闸首施工仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)若在前期设计过程中已进行足够的实验测试，则根据前期设计报告，确定船闸闸首结构的混凝土和软土地基在计算过程中所需要的热学和力学计算参数；若在前期设计过程中未进行足够的实验测试，则根据当地工程的参数经验值进行预计算，并通过施工前期的部分监测数据进行反演校正；(2)根据闸首结构和地基开挖的设计方案，使用有限元前处理软件建立闸首结构与地基的三维几何模型，并进行网格划分，生成可用于有限元计算的有限元网格；(3)根据闸首的施工方案，确定计算分析的时间步骤，同时估算混凝土浇筑的初始温度和计算期间内的气温，同时根据混凝土表面的保温措施，计算闸首结构与空气接触面部分的等效的对流换热系数；(4)根据上述所得的初始温度、对流边界条件、水化热和时程分析步骤，计算混凝土和地基的温度场变化；(5)根据地基开挖的方案，计算开挖后的地基的初始孔压和地应力的分布；(6)将已计算得到的温度场作为温度荷载施加到闸首结构和地基上，并在地基中应用步骤5中得到的初始孔压和地应力，并施加重力荷载；混凝土采用徐变模型，软土地基采用弹塑性固结模型，进行多物理场计算；步骤1中所述的计算参数包括：混凝土的热传导系数、混凝土的比热、混凝土的密度、混凝土的水化热模型参数、混凝土的对流换热系数、混凝土的热膨胀系数、混凝土的弹性模量、混凝土的泊松比、混凝土的徐变模型参数、土体的热传导系数、土体的比热、土体的密度、土的对流换热系数、土的热膨胀系数、土体的渗透系数、土体的弹性模量和土体的弹塑性模型参数；所述的混凝土的水化热模型参数，其中水化热模型采用双指数模型为：其中，Wc为混凝土中水泥用量，Q∞为水泥最终水化放热量，a和b为混凝土水化热实验参数；徐变模型为：C(t,τ)＝Ca(1+9.2τ‑0.45)[1‑e‑0.3(t‑τ)]+Cb(1+1.7τ‑0.45)[1‑e‑0.005(t‑τ)]其中，Ca和Cb为实验参数，t为时间；所述的土体弹塑性模型参数，土体的弹塑性模型采用修正剑桥模型，其屈服函数为：其中，M为应力比，p为平均应力，q为广义剪切应力，p0为预固结压力；在计算时所需要的参数有：正常固结线斜率λ，回弹线斜率κ，应力比M，预固结压力p0。