早龄期混凝土热力学性能差异对应力的影响研究

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1、第43卷第23期人民长江V01．43．No．232012年I2月RiverDec．．2012Yangtze文章编号：1001—4179f2012)23—0096—05早龄期混凝土热力学性能差异对应力的影响研究杨文海，陈守开(华北水利水电学院水利学院，河南郑州450011)摘要：针对目前对由混凝土热力学性能差异导致的结构温度应力缺乏认知的现状，依据现有理论，定性分析热胀系数差异和自生体积变形差异对混凝土早龄期温度应力的影响，并采用混凝土三维非稳定温度场和应力场有限元方法，对这一影响进行仿真计算和定量分析。结果表明，热胀系数差异和自生体积变形差异是早龄

2、期混凝土结构产生不利拉应力不可忽略的因素，而自生体积变形差异有上下层自生体积变形差和内外自生体积变形差两种类别，其中前一种自生体积变形差主要取决于间歇时间，后一种自生体积变形差由内外层混凝土水化程度不同引起。关键词：应力；热胀系数；自生体积变形；混凝土中图法分类号：TV431文献标志码：A混凝土裂缝问题是一项综合性课题，但在以往的1仿真计算基本原理温控防裂研究中，大多只分析混凝土的温度和应力¨。。，极少对除温度以外其他方面引起的应力问题l。1不稳定温度场作专题研究。在大多数的仿真研究中，只有通过多方在计算域R内任何一点处，不稳定温度场T(戈，Y，案

3、的定量仿真才能对混凝土结构开裂问题做出定性分z，t)须满足热传导方程析，但尽管如此，仿真研究仍然无法真正准确预测混凝土结构的开裂时间、开裂位置以及裂缝发展规律等。等i～=口【(再等++万雾++≯窘广)+再等㈩u’因此，为了能够增强对混凝土结构开裂问题的了解，有式中，r为温度，℃；a为导温系数，m2／h；口为混凝土必要对除温度以外的其他因素对混凝土应力的影响开绝热温升，℃；t为时间，d；r为龄期，d。展研究。利用变分原理，对式(1)采用空间域离散，时间域一般情况下，大体积混凝土施工需要采用分层分差分，引入初始条件和边界条件后，可得向后差分的温块浇筑方

4、式，且对于大坝混凝土还需要根据工程目的度场有限元计算递推方程，具体见参考文献[8]。和结构特点采用多标号多种类的混凝土。显然，不同1。2应力场种类或标号的混凝土其热力学性能是不同的，即使是混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应同一混凝土在不同龄期其热力学性能也往往存在差变增量、徐变应变增量、温度应变增量、干缩应变增量异怕。。。而这种除温度以外的热力学性能上的差异对和自生体积应变增量，因此有混凝土结构应力的影响目前尚缺乏研究，为此，本文依据现有理论和方法，主要从热胀系数的差异和自生体／A占。}={△s：}+{As：}+{as：。}+{△占：}积变

5、形的差异两方面对混凝土应力的影响开展定性和+{Ae：}(2)定量研究。式中，{as：}为弹性应变增量；{△占：}为徐变应变增收稿日期：2012—05—17基金项目：国家自然科学基金资助项目(50779010，51109081)；河南省教育厅科学技术研究重点项目(12A570002)作者简介：杨文海，男，讲师，硕士，从事水利工程面的研究。E—mail：ywh7905@126．corn通讯作者：陈守开，男，讲师，博士，从事水工结构温控和渗控仿真研究。E—mail：man200177@163．tom第23期杨文海，等：早龄期混凝土热力学性能差异对应力的影

6、响研究97量；{△占：}为温度应变增量，{△s：}为干缩应变增r◆T4量；{△占：}为自生体积应变增量。i◆，。由物理方程、几何方程和平衡方程可得任一时段混凝土②口2卜◆T2在区域上的有限元支配方程，具体见参考文献[8]。}’◆Tl材料分界线了2理论分析及算例仿真2．1热胀系数差混凝土①热胀系数是计算混凝土温度应力的一个重要的参俚1数∞。，它直接影响混凝土温度应力的数值。混凝土与基础，新混凝土与老混凝土之间以及不同标号混凝土图3算例中截面及特征点(尺寸单位：m)间均存在热胀系数的差异，这种差异导致相同的温度型p(下)=18．4X[1一e‘0·136

7、一”]℃，弹性模量取为25变化产生不同的变形量，从而产生了额外的应力。由图GPa，且不考虑其他影响应力的因素，边界面均自由且1可知，若单元e，和单元e：的热胀系数a一和a砬不相绝热。显然，若混凝土①和②热胀系数相同，则不产生等，则两个单元相同的温度降(或增)幅△丁下，产生应力。混凝土分区和特征点布置见图3，计算结果见的应变量就不相等，即s。≠占：，从而产生额外的约束图4和图5。应力。●_——。——-。。_——'●_-——__——__●————l兰．1a_2I图4特征点应力Il』一一L————————．．．J图1热胀系数差为了考察热胀系数差对混凝土温

8、度应力的贡献，考虑计算模型如图2所示，且沿=方向分两种材料(图图5沿z向最终应力分布3)。假定混凝土①和混凝土②的热胀系数