3.4 边界条件的施加

温度场计算时，先将混凝土单元杀死，地基初始温度按沿地基深度方向的实测点温度值施加，中间采用线性插值。计算混凝土结构非稳定温度场时（以混凝土重力坝为例说明），取地基4个侧面和底面为绝热边界，顶面为第3类边界；坝体横缝面为绝热边界，上、下游面和混凝土施工仓面为散热边界即第3类边界。水库蓄水后，坝体上游面水位以下为第1类边界条件，上游面水位以上及坝体下游面为第3类边界条件。二次开发时用到的命令分别为：

3.5 温控措施的施加

3.5.1 水管冷却

ANSYS热传导分析提供统一的热源和热汇模型，在施加混凝土水化热的同时可以将水管冷却效果考虑进去。假定单位体积的混凝土在单位时间内温度井高所需热量为Q，

式中：Q₁为混凝土水化热；Q₂为水管冷却吸收的热量。

式中：c，ρ，θ分别代表混凝土的比热、密度和水化热绝热温升；τ为混凝土的龄期；φ都由于水管冷却引起的混凝土温降；t为通水时间；在施加混凝土水化热时，可以同时嵌入水管冷却效果。

3.5.2 表面保温、流水及喷雾

表面保温采用的等效表面放热系数法，计算出保温后混凝土表面的放热系数；混凝土表面有流水养护时，表面按第1类边界条件处理，混凝土表面温度为流水水温；如有表面喷雾，按第3类边界条件处理，根据喷雾效果的实测情况，适当降低环境温度。

4 ANSYS进行坝体温度场计算及与原型观测值对比分析

某水利工程主河床碾压混凝土坝段最大坝高130m，坝体浇筑混凝土由二级配和三级配碾压混凝土组成。计算模型见图1，坝基的计算范围为沿深度方向和上、下游方向各延伸130m。整体模型中坐标原点在左侧坝踵处，沿坝轴线方向为x方向，指向右岸为正；沿水流方向为y方向，指向下游为正；铅直方向为z方向，向上为正。

混凝土及基岩的计算参数见表1。

    图1 坝体有限元计算网格图

    表1 坝体混凝土与基岩热力学参数值

依据实际施工进度、浇筑温度、材料分区、表面散热条件及水库的实际蓄水过程，应用ANSYS对该碾压混凝土坝的温度场进行了仿真计算。计算的时间步长采用异步长。

图2为坝体部分温度计埋设点的位置示意图。下面分别将坝体表面和坝体中心点的温度计算结果与实测数据进行对比分析。

    图2 部分温度计埋设点位图