风电基础大体积混凝土有限元分析及温度裂纹控制研究

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在现代工程中,混凝土是最为重要的建筑材料,其具有满足要求的强度、适用性、耐久性,被广泛的应用在工业与民用建筑物和构筑物中。风电基础等发电设施通常会采用大体积混凝土基础设计方案,混凝土在凝结硬化过程中,由于混凝土内部的水化热难以散发到表面,造成大体积混凝土的中心温度和表面温度产生较大的温度差,这将形成不均匀的温度场,从而引起温度应力,导致大体积混凝土产生裂缝。大体积混凝土的温度裂缝引起了人们的高度重视,如果结构物的表面产生的裂缝较多、甚至出现深层裂缝及贯穿裂缝,这些裂缝将直接影响到结构的安全。论文结合大唐青岛海西风电场的大体积混凝土基础的工程实例,针对大体积混凝土基础的开裂问题开展了研究工作。分析了由于水化温升导致开裂的原因,给出了温度场、应变场等分析结果,同时提出了采用自密实堆石混凝土应用于风电大体积混凝土的技术措施。大体积混凝土的温度裂缝,主要是由于不均匀的温度场产生的,因此在给定条件下,通过对大体积混凝土基础的温度场分析,研究其温度应力的分布规律,以及产生温度裂缝的界限条件,阐述了温度裂缝产生的原因、危害以及预防裂缝产生的措施。应用MIDAS有限元分析软件进行数据模拟,结合工程实际,确定有限元模拟参数,最终得出温度场和温度应力数据。结果表明,实测结果与数值模拟数据大体一致,最大应力和裂缝发生的位置与现场实测结果吻合,验证了力学模型、有限元分析方法及计算参数的正确性。在没有降温措施的条件下,混凝土中心温度将会过高,内外温差较大,混凝土的温度应力将超过混凝土抗拉强度,引起混凝土裂缝。混凝土的水化温升或有效的温控措施是防止混凝土开裂的根本性措施。研究表明,采用温控措施费用高,效果不佳。在总结和分析现有研究成果的基础上,提出了采用自密实堆石混凝土技术,建议在大唐青岛海西风电场的大体积混凝土基础施工中,将内部无筋部分区域换成自密实堆石混凝土,再次进行有限元分析,模拟其温度场与应力场,结果表明自密实堆石混凝土可以大大降低水化热,有效地解决了大体积混凝土的水化温升带来的工程问题。论文工作结合工程实际,运用有限元分析方法,对其温度场的实际分布进行了模拟,指出了工程问题产生的原因。提出采用替换局部普通大体积混凝土为自密实堆石混凝土,研究表明,提出的工程建议措施十分有效,对风力发电设备基础的建造,具有技术先进性和工程指导意义。
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