大体积混凝土水管冷却问题的无单元法计算理论与机理研究

针对水利工程大体积混凝土施工过程中最为重要的温控技术- - 通水冷却，分析其工程应用及仿真计算分析中的主要困难，并对通水冷却效果的各种现有计算方法进行阐述，指出其中存在的问题。基于无单元数值方法的基本理论，建立大体积混凝土水管冷却问题的无单元计算模型。推导考虑水管冷却过程的大体积混凝土结构施工期温度场仿真计算的无单元计算格式并编制相应程序，解决长期以来水管冷却问题温度场仿真计算的困难。采用数值实验和室内试验相结合的方法来验证和完善无单元计算模型及程序的效率和精度。以仿真计算分析和现场试验为手段，揭示水管冷却问题的细观真实性态及各种技术因素的影响机理，并获得更加合理的水管空间布置、水温、通水流量、通水方向等的控制方法，促进水管冷却技术和大体积混凝土快速施工技术的发展。进一步探讨考虑水管冷却措施的混凝土施工期裂缝的开裂机理和浇筑层内外温差及水管温差的控制标准。

本项目针对大体积混凝土温控防裂中的通水冷却问题展开，对现有各种数值算法及通水冷却细观机理进行了系统的研究，主要研究成果包括：（1）基于无单元法基本理论，建立了大体积混凝土水管冷却问题的二维及一维计算模型，并开发了二维计算程序；（2）推导了大体积混凝土结构施工期温度场仿真计算的无单元计算格式，编制了EFGM、ESPIM、NSPIM三种算法的计算程序并进行了算法收敛性和效率研究；（3）结合数值计算及工程实际，开展了重力坝及拱坝真实温度应力性态的研究，对大坝温度、应力场计算参数反演、反馈分析模型进行了系统研究；（4）对现有冷却水管精细算法展开了深入研究，论证了其收敛效率和可靠性；开发了基于粗网格及水管布置信息的精细水管模型自动剖分网格程序，极大地提高了计算效率和精度；（5）开展了室内大体积混凝土一期及二期通水冷却试验，并结合数值试验对水管冷却问题的细观真实性态及各种技术因素的影响机理进行了研究；（6）开发了大体积混凝土智能通水系统，并初步应用于室内温控试验。本项目的成果为大体积混凝土通水冷却温控措施的优化提供了理论依据，并可促进精细化温控及智能温控的发展。