温度荷载及其分量计算的广义单位荷载法.pdf

水电 2006 国际研讨会 温度荷载及其分量计算的广义单位荷载法 赵 斌 国电自动化研究院，南京，210003 摘要：大坝安全监测资料分析中，经常需要对物理量的温度分量进行定量分析、对比，进而 建立相应的确定性模型。本文针对坝体有效的温度计数量不足的情况，提出了用广义单位荷 载法计算未知结点的变温及载常数的方法，从而解决了普通等效温度法在温度计不足时无法 进行温度荷载计算的局限性，有效地降低了确定性模型的建模条件。该方法对其它专业的数 值分析也具有一定的参考价值。 关键词：大坝；温度分量；确定性模型；广义单位荷载法 1 前言 大坝安全监测中的位移数学模型是通过实测值的数学表达式来定量地反映位移变化规律 的基本方法，也是对大坝安全性态进行分析、解释和预测常用的重要依据。目前，国内外监 测大坝运行的正反分析模型，主要以统计、混合、确定性模型为主，其中混合模型的水压分 [1] [2] 量采用有限元数值分析结果，确定性模型的水压、温度分量均采用有限元数值分析结果 。 由于确定性模型的各个分量均采用有限元数值分析，并与实测值进行最优化拟合，充分 反映了大坝和坝基的结构性态，因此，它可以及时了解在某时刻的任一荷载组合作用下的坝 体位移场，掌握因局部因素而使某些部位偏离真实位移场的情况。从而能及早地发现问题， 分析原因，采取对策，消除隐患。但有限元进行温度分量计算时对坝体温度计的布置、数量 有较高的要求，在温度计足够的情况下，可以用普通等效温度法[1]计算，采用等效温度与空 间坐标向量结合作为因子，因此坝体是否有足够的温度计布置成为能否构建确定性模型的瓶 [3] 颈，从而很大程度上影响了确定性模型的应用 。 在实际工程中，即使坝体内设有温度计，其分布密度也无法与目前通常有限元计算的网 格密度一致。因而会出现这样的情况，如果用温度计作为有限元网格的结点，则有限元网格 [3] 较大，以致于不能满足工程的精度要求，否则就只能弃之不用 。 因此，本文提出一种广义单位荷载法，即在实际工程中，单位温度加于温度计处，不一 定在有限元网格结点或棱边上，且单位温度跨越多个有限元网格，见图 1。这就不同于以往 单位温度的概念[2]，即并非在受载面的每一个结点加载，相邻结点为零的方法，因而必须首 先解决单位温度的协调及单位温度所覆盖有限元网格结点的温度计算问题。本文采用形函数 法[4]解决了其协调及计算问题。 769 水电 2006 国际研讨会 有限元网格 温度计位置 广义单位温