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水工混凝土結構建造運行實時溫控仿真分析技術 (技術)

[稿件來源]:材料所 [作者]:頡志強 [發布時間]:2021-03-25


  一、技術(產品)簡介

大體積混凝土結構溫度場和溫度應力三維有限元仿真計算軟件包Ckysts1.0,是在長江科學院大體積混凝土結構溫度場和溫度應力三維有限元仿真計算程序包(包括溫度場程序3DUSTEMP、應力程序3DCRCPCG、及前后處理程序)基礎上完善升級而成。溫度場程序3DUSTEMP及溫度應力程序3DCRCPCG是1992年為滿足三峽工程建設相關研究的需要,由長江科學院材料所自主研發,經過了丹江口、三峽等國內一系列大型工程的檢驗。尤其在三峽工程中,該軟件包完成了所有主體建筑結構(大壩、廠房、船閘、升船機等)的溫控仿真分析,成果獲各方一致認可和好評。經過近30年的發展和完善,該軟件包已經發展成為一整套完全自主知識產權的大型水工數值分析工具,并實現了CPU+GPU的異構并行化。軟件包先后應用于三峽、南水北調穿黃工程、丹江口大壩加高工程、隔河巖、水布埡、構皮灘、彭水、廣西平班、廣西長洲、沐若、向家壩、溪洛渡、烏東德、引江濟淮、引漢濟渭等大型工程的溫控防裂研究及溫控方案設計中,成果得到了委托單位的認可,并用于工程實踐。


  二、技術(產品)特色

  2.1 技術特點

(1)豐富的單元庫(1~3D協調元、非協調元、鋼筋單元、錨桿單元等);

(2)具有多樣的材料類型(彈性、粘彈性、彈塑性、粘彈塑性);

(3)自研“對稱逐步超松弛預處理共軛梯度法(MSSORPCG)”求解器;

(4)自研“超級元”快速算法;

(5)自研高精度快收斂接觸模擬算法;

(6)采用改進埋置單元算法,準確高效模擬冷卻通水過程;

(7)自研JacobiPCG CPU+GPU異構并行求解器,千萬級自由度耗時16s。

  2.2? 特色功能

(1)環境方面:準確模擬全過程氣溫、水溫、大風、日照、倉面小環境等因素影響;

(2)材料方面:準確模擬混凝土水化、硬化、徐變、干縮、自變及基巖材料特性;

(3)結構方面:準確模擬結構的各種接觸面、分縫、鍵槽、配筋等;

(4)施工方面:準確模擬澆筑、保溫、冷卻通水、開挖、灌漿等施工過程及措施。

  2.2 技術適用范圍

(1)設計階段的防裂設計

根據施工進度計劃,模擬混凝土結構澆筑過程,評估開裂風險,制定防裂指標及防裂措施。

(2)施工期實時跟蹤分析

同步施工進度,動態跟蹤仿真對象、施工進度、邊界條件變化,適應性調整溫控防裂措施。

(3)運行期工作性態分析及預警

結合監測資料,預測大壩溫度、應力、變形發展趨勢及潛在風險,為制定應對措施提供支撐。

  

  三、推廣應用情況

該技術先后應用于三峽、南水北調、丹江口大壩加高、隔河巖、水布埡、構皮灘、彭水、廣西平班、廣西長洲、沐若、向家壩、溪洛渡、烏東德、引江濟淮、引漢濟渭等一系列大型工程的溫控防裂研究及溫控方案設計中,成果應用于工程實踐。

典型案例一:三峽工程

三峽工程是世界上規模最大的水利工程。在三峽工程設計建造過程中,長江科學院運用該軟件,完成了幾乎所有主體建筑結構(大壩、船閘、廠房、升船機等)的溫度、應力及防裂相關課題的研究,成果科學系統,具有很強的針對性和實用性,應用于工程實際,取得了重大技術、經濟和社會效益,研究成果多次獲國家及省部級科技進步獎。

典型案例二:丹江口加高工程

丹江口水利樞紐是南水北調中線水源工程。初期大壩于1958年動工興建, 1974年竣工,壩頂高程162m,正常蓄水位157m。為滿足南水北調蓄水調水需求,后期將壩頂高程加高到176.6m,水庫正常蓄水位提高到170m。

丹江口大壩是在初期工程運行使用的條件下進行加高施工,其加高規模、大壩高度、技術難度在國內外罕見。1992年至今,長江科學院采用自主研發的仿真分析軟件對大壩加高過程中的一系列技術問題開展研究,為大壩加高設計及運行安全提供了重要的科技支撐。同時,自主研發的仿真分析軟件也在工程實踐中得到檢驗。


  四、聯系人及聯系方式

聯系人:頡志強

電話:13554084832

郵箱:xiezhiqiang@mail.crsri.cn


  五、技術(產品)照片及工程應用照片


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責任編輯:李竹
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