大体积混凝土一期通水冷却时机研究

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1、第43卷第7期人民长江Vol_43．No．72012年4月YangtzeRiverApr．．2012文章编号：1001—4179(2012)07—0028—05大体积混凝土一期通水冷却时机研究吴鹏，李勇泉，黄耀英(1．中国长江三峡集团公司，湖北宜昌443133；2．三峡大学水利与环境资源学院，湖北宜昌443002)摘要：大体积混凝土一期通水冷却的时间选择是一个影响冷却效果的重要因素，采用水管有限元法和水管冷却等效热传导法进行了研究，并对比分析了环境气温分别为升温过程和降温过程对计算结果的影响。计算结果表明：随着一期开始通水冷却时

2、间的延后，冷却效果更好，停止通水后混凝土的温度更低，但混凝土内部应力趋于不利；当环境气温为升温过程或降温过程时，仍可以得到上述结论；建议大体积混凝土一期通水冷却宜尽早进行。关键词：水管冷却；一期通水；温度应力；通水时机中图法分类号：TV431文献标志码：A在大体积混凝土中埋设水管，进行通水冷却是一1基本原理种有效的温控措施。冷却过程一般分为两期，其中，一期冷却是在混凝土刚浇筑完毕甚至正浇筑时就开始进1．1非稳定温度场三维有限元分析行，以消减水化热温升。考虑水管冷却时，混凝土空间非稳定温度场的有限元控制方程为温度场分析是一个十分复

3、杂的问题，尤其是混凝土浇(Et／]R])卜R]{T}+-I-0筑初期水管冷却问题。为了解决这个问题，朱伯芳提出了精细有限元法，用有限元法计算水管冷却的效(1)果卜；刘宁提出了直接用三维有限元计算冷却水管式中，△为计算步长；[引，[R]为系数矩阵；[F]为的方法以及有限元子结构法；朱岳明等则对直接用边界温度荷载列阵。三维有限元计算冷却水管的方法作了改进。郭磊当采用水管冷却等效热传导法进行温度场分析等对混凝土表面保温和水管冷却的温控效果作了比较时，此时冷却水管被看成负热源，从平均意义上考虑水分析。。。为了方便有限元网格剖分和减小计算

4、存储管冷却的效果，推导得到的等效热传导方程为量，朱伯芳等把冷却水管看成热汇’，在平均意义上考虑水管冷却的效果，得到近似温度场。黄耀英等对等T+(To—T’o4,+0。(2)水管有限元法和水管等效热传导法两种计算模型的相式中，为混凝土温度；o为混凝土导温系数；To为混关性进行了探讨，认为水管冷却等效热传导法与拱凝土初温；Tw为水管进口水温。坝温度荷载计算中的线性等效温度的思想是一致的，对式(1)的tF+。}做相应的修改，可得到水管冷即等效线性温度并非真实的温度，而是虚拟的温度，但却等效热传导法的有限元控制方程。当采用水管冷却其力学

5、作用与真实温度等效。此外，朱伯芳还系统研有限元法进行温度场分析时，此时求解三维不稳定温究了水管管径、管距、管长、水温、流量等因素对冷却效度场有限元控制方程的难点在于，冷却水管边界r”上果的影响--。由于一期通水冷却的时间选择是一个的水温未知。沿程水温增量采用式(3)计算影响冷却效果的重要因素，为工程单位所关注，本文对AT：Pf『(3)q大体积混凝土一期通水冷却时机进行研究。w收稿日期：2011—10—30作者简介：吴鹏，男，硕士，主要从事水电5-程项目管理工作。E—mail：WU—pengl@ctgpe．eom第7期吴鹏，等：大

6、体积混凝土一期通水冷却时机研究29式中，曲面积分‘OTd热，其他面为绝热边界。混凝土的初始温度取23℃，s可沿冷却水管外缘面混凝土单a’一环境温度为To=17．5+10．8cos(f一61)，f的单位元边界面逐个单元作高斯数值积分求得。为d，冷却水入口温度为10~(2，混凝土绝热温升表达式由于冷却水的人口温度已知，利用式(3)，对每一为0()=25．3(1一e”)，?昆凝土的导温系数0=根冷却水管沿水流方向可以逐段推求沿程水温。设某0．1m／d，导热系数A：8．49kJ／(m·h·℃)，混凝土根冷却水管共分为m段，入口水温为第i

7、段内水温的表面放热系数=27．73kJ／(m·h·℃)，水流流量增量为AT，则有q=20．0m／d，比热c=4．18kJ／(kg·cc)，密度P=。+∑△，，i：1，2，3，⋯，m(4)=1000kg／m，网格剖分如图1所示。典型节点见图在式(3)中，水管沿程水温的变化与温度梯度oYi2。有关，是一个边界非线性问题，所以温度场无法一次求出，必须采用迭代解法逐步逼近真解。第一次迭代时可先假设整个冷却水管的沿程水温均等于冷却水的入口温度，利用非稳定温度场有限元控制方程先求得温度场的近似解；再利用式(3)和式(4)求得水管内的沿程水温

8、。重复上述过程，直到?昆凝土温度场和冷却水温都趋于收敛解，迭代结束。1．2混凝土徐变应力场有限元分析混凝土的应变增量可表示为A8=△8：+△s+△：+△(5)图1有限元网格式中，A8：为弹性应变增量；△为温度应变增量；△：为自生体积变形增量；△s为徐变应变增量。