[发明专利]一种混凝土面板干缩分析和控制方法

说明书

本发明公开一种混凝土面板干缩分析和控制方法，包括：步骤S1：建立面板的有限元模型；步骤S2：对有限元模型赋予混凝土的材料参数；步骤S3：根据面板所处的湿度环境条件，获取有限元模型对应的湿度边界条件和湿度场；步骤S4：根据湿度场将有限元模型划分为不同的湿度区域，并对湿度区域赋予混凝土干缩形变增量；步骤S5计算有限元模型对应的面板应力，并根据面板应力以及面板对应的抗拉强度，获取有限元模型对应的面板开裂信息；步骤S6：调整有限元模型对应的湿度环境条件和混凝土干缩形变增量，重新执行步骤S1至S5，直至面板应力在混凝土抗裂强度范围内。本发明可有效模拟混凝土面板出现裂缝的过程，为面板防裂设计、施工以及运行防护给出指导。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种混凝土面板干缩分析和控制方法。

背景技术

混凝土面板是面板堆石坝主要结构之一，起到防渗止水的用作，但是已建面板坝面开裂现象十分普遍，对大坝的安全运行和耐久性带来不利影响。面板开裂的原因很复杂，其中干缩形变是导致开裂的一个重要原因，工程实践表明，面板在建造完成后内部水分会逐渐消失，面板的部位不同，水分散失程度不同，从而导致面板结构体内产生不均匀的形变，最终导致裂缝的出现。

目前，针对混凝土面板的干缩分析和控制，已有研究主要集中在机理分析和具体应对措施方面。申请号为2019102616241的专利公开了一种有效防止混凝土开裂的方法、系统、装置、存储介质，其给出了常规有限元计算的基本方法，但在干缩分析和控制方法上有给出改进和明确。申请号2009101363232的专利公开了基于温湿耦合的大坝抗裂及防老化的方法，给出了不同坝体混凝土防护措施和厚度范围，但没有提出具体的确定依据，可操作性不强。所以结合现有的混凝土面板干缩分析和控制方法可知，目前的面板抗裂方法脱离基本理论，导致抗裂效果不明显；常规有限元分析混凝土面板的干缩特性，在具体工程上指导意义不大。为此本发明提出了一种基于湿度场和干缩体积变形仿真相结合的面板开裂分析方法，为混凝土面板防裂提供依据

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土面板干缩分析和控制方法，其可以有效模拟混凝土面板出现裂缝的过程，为面板防裂设计、施工以及运行防护给出指导。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种混凝土面板干缩分析和控制方法，所述方法包括：

步骤S1：根据堆石坝工程条件和面板结构建立所述面板的有限元模型，并对所述有限元模型划分网格；

步骤S2：对所述有限元模型赋予混凝土的材料参数；

步骤S3：根据所述面板所处的湿度环境条件，获取所述有限元模型对应的湿度边界条件和湿度场；

步骤S4：根据所述湿度场将所述有限元模型划分为不同的湿度区域，并对所述湿度区域赋予该区域湿度对应的混凝土干缩形变增量；

步骤S5计算所述有限元模型对应的面板应力，并根据所述面板应力以及所述面板对应的抗拉强度，获取所述有限元模型对应的面板开裂信息；

步骤S6：调整所述有限元模型对应的湿度环境条件和混凝土干缩形变增量，并重新执行所述步骤S1至S5，直至所述面板应力在预设的混凝土抗裂强度范围内。

优选地，所述面板厚度在0.3m至0.8m的范围时，所述有限元模型在面板厚度方向上的网格长度小于1cm。

优选地，“根据所述湿度场将所述有限元模型划分为不同的湿度区域”的步骤包括：

根据所述湿度场并按照预定的湿度间隔，将所述有限元模型化为不同的湿度区域，调整所述有限元模型的网格份数，使每个所述湿度区域对应一份网格。

优选地，所述湿度场满足Fick第二定律。

优选地，所述湿度场的微分方程如下式所示：