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大体积混凝土底板水化热数值计算研究(论文).pdf

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l28 施 工 技 术 CONSTRUCT10N TECHN0L0GY 2017年 2月下 第46卷 第4期 DOI:10.7672/s s2O17O40128 大 体 积 混 凝 土 底 板 水 化 热 数 值 计 算 研 究 岳 著 文 ,孙 学 锋 ,张 德 财 ,王 强 (中国建筑第八工程局有限公司工程研究院,上海 200122) [摘要]综合考虑对流边界条件、水泥水化放热、混凝土强度时变增强等因素,采用 Midas有限元软件对厚度为 3m 的大体积混凝土底板水化热进行数值计算。通过算例分析表明:水泥水化反应初期,混凝土温度升高,表面受拉 , 内部受压,混凝土表面中心位置受到的拉应力最大;水化反应后期,混凝土降温收缩,外部混凝土由受拉变为受压 , 内部混凝土则由受压变为收缩受拉,混凝土内部收缩与外表面约束共同作用下将形成拉应力集中区。通过对算例 优化设计,减少水泥用量并控制水泥水化热,降低了混凝土的开裂风险。 [关键词]混凝土;大体积混凝土;水化热;温差;裂缝;数值分析 [中图分类号]TU74 [文献标识码]A [文章编号]1002.8498(2017)04—0128—06 Study of Num erical Calculation on H ydration H eat in M ass Concrete Slab Yue Zhuwen,Sun Xuefeng,Zhang Decal,Wang Qiang (Engineering Research Institute of China Construction Eighth Engineering Division Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China) Abstract:Mass concrete slab with a thickness of 3 m is modeled by Midas to calculate the heat O hydration considering convective boundary,cement hydration and time-varying enhancement of concrete. The case study shows that,at the beginning of the cement hydration reaction,external concrete in tensile and internal concrete under pressure due to temperature rising in concrete.However,at late of the hydration reaction,external concrete under pressure and internal concrete in tensile because temperature fall down at this period.A tensile stress concentrated area is~rmed with the coaction of the internal shrink and external constraint.Optimal design is used to reduce the crack risk of concrete by reducing the cement content and the cement hydration heat. Key words:concrete;mass concr~e;heat of hydration;temperature difference;cracks;numerical analysis 对 于大体 积混 凝 土 浇 筑 时 水 泥水 化 反 应 ,现 有 的热 传导 理论 可准 确 地 进 行 描述 ,混凝 土 中温 度 变 化 可 通过 求 解 热 传 导 方 程 得 出 ,但 除 了温 度 ,设 计 人 员更 关 心 的是 水 化 反 应 阶段 混 凝 土 内部 所 受 应 力 的 大小 。因此 ,大 体 积 混 凝 土水 化 反 应 过 程 是 温 度 一应 力耦 合过 程 。传 统 计 算 方 法 首 先 通 过解 热 传 导 方程 得 出混凝 土 温 度 场 分 布 ,再 定 义 热 膨 胀 系 数 得 出混 凝 土位 移 场 ,根 据 混 凝 土 力 学 指 标 ,进 一 步 求解 混 凝 土 应 力 、应 变 ¨ ,计 算 过 程 较 繁 琐 。 由于 浇 筑期 间 ,混 凝 土 为 时 间 依 存 性 材 料 ,计 算 应 力 时 应 考虑 弹 性 模 量 随 时 间 的 变 化 过 程 ,增 加 了 计 算 难度 。 随着计 算 机技 术 的快 速发 展 ,日趋 完 善 的有 限 [作者简介]岳著文,工程师,E-mail:413648597@qq.corn [收稿日期]2016-11-25 元 分 析方 法 在 工 程 中 得 到 越 来 越 广 泛 的应 用 。研 究 人 员开 始 采 用 有 限元 软 件 模 拟 大 体 积 浇 筑 阶 段 混 凝 土 中水 化 热 变 化 ,但 并 未 对 大 体 积 混 凝 土 水 化 热传 导 过 程 进 行 详 细 分 析 。 与 传 统 计 算 方 法 相 比 ,有 限元 数 值 计 算 可极 大 地 提 高 计 算 效 率 ,可 求解 更 为 巨 大 的 工 程 、定 义 更 加 复 杂 的 边 界 条 件 , 并 能够 直观 展示 计算 结果 。本 文 拟采 用 Midas有 限 元 计算 软件 ,考 虑对 流 边 界 条 件 、材 料 时 变特 性 ,对 大 体积 混凝 土水 化 热反 应 进 行 数 值计 算 ,研 究 大体 积 混凝 土底 板浇 筑 阶段温 度.应力发 展 规律 。 1 混凝 土水 化 热计算 理论 考 虑三 维条 件下 ,大 体积 混 凝 土 浇 筑 阶段 水 化 热 可按 下式 计算 : 、 ,d T a T a aT . , 、 A【 + + J cp +q 【l J 式 中 : 为 龄期 时 间为 t时 的温 度 ,cI=;A为 混凝 土 岳著文等:人体积混凝土底板水化热数值引‘算研究 l29 的热 导 率 ,kJ/(in·h·℃ );C为 混 凝 土 比 热 容 ,kJ/ (kg·℃ );P为混 凝 土 的质 量 密 度 ,kg/m ;q为混 凝 土 内部 水化热 源 ,kJ/(Ill ·h)。 2 建 模 及计 算 2.1 材料 特性 混凝 土底 板 和地 基计 算参 数如 表 1
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