大体积混凝土水化热温度效应的研究

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1、孙全胜等：大体积混凝土水化热温度效应的研究5大体积混凝土水化热温度效应的研究孙全胜，张德平(东北林业大学。哈尔滨150040)【摘要】以梅山跨海大桥为背景，应用ANSYS有限元软件对该桥桥墩的混凝土水化热温度效应进行数值模拟分析，并且根据该桥实际工程中监测的温度发展曲线校正ANSYS数值分析的温度场，得出了大体积混凝土水化热温度效应发展规律，为以后类似结构的温控工程提供参考。【关键词】大体积混凝土；水化热；温度场；温度裂缝【中图分类号】TU528．0【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)01—0005—03由于施工期

2、间水泥的水化热作用，大体积混凝土导热系数、密度、距混凝土表面1～2em处空气的温度结构内部会产生较高温度梯度，在受到内部或外部的等影响因素。由于实际混凝土构件具有对称性，故可约束时将产生较大的温度应力，从而导致混凝土开裂。取1／4作为分析对象。由于温度应力引起的裂缝具有裂缝宽、上下贯通等特点，对结构的承载能力、防水性能、耐久性等都会产生竖向预应力筋很大影响H。因此只有控制好大体积混凝土内部的温升速度和温度梯度，才能更好的控制由其产生的温度应力，从而控制大体积混凝土的裂缝开展问题。1工程概况图2冷却臂布置俯视图(单位：cm)梅山跨海大桥长

3、1487m。大桥主桥桥跨为75m+2．2初始条件和边界条件130m+75m的预应力混凝土连续刚构，主桥桥墩采用在数值分析中，对边界条件做如下处理：空气温度分离双薄壁墩，断面尺寸1．5m×6．Om，两片墩纵桥向统一取20℃；3部分都按实际直接接触处理；同时，由间距6．5m，主跨侧墩高15．816m，边跨侧墩高于只取1／4模型进行分析，与足尺模型相比较，多出215．732m，单个桥墩混凝土量高达143m，属于大体积个对称面，在对称面上施加绝热边界条件。混凝土混凝土构件。薄壁墩的底面和承台混凝土的传热方式是混凝土的为了减小混凝土构件内外温度差

4、，降低温度梯度，导热；外部的两面及上表面为空气导热或者模板导热，消除温度应力带来的裂缝，于是在桥墩内部布置了冷内部两面为绝热；将水泥的水化热作为内热源加载。却水管，利用循环冷却水将水化热产生的大部分热量根据实际情况，由于辐射对模型影响较小，对模型带出混凝土内部，降低混凝土内部的温度场，减小温度的边界条件进行简化，不考虑混凝土向外辐射和接受应力，抑制温度裂缝的产生。混凝土内部冷却水管的辐射的能量，只考虑混凝土表面和空气的对流和混凝布置如图1、图2所示。土本身的热传导，确定了在各接触面上只存在混凝土与混凝土的热传导，混凝土与空气的热对流，混

5、凝土与水的热对流。2．3实测温度发展曲线校正理论温度场在混凝土内部布置了大量的温度传感器和应变传感器，对混凝土的整个浇筑过程和后期进行温度的全程监控。混凝土浇筑后3d内的内部温度变化曲线如图3所示。图1冷却管布置立面图(单位：cin)从图3可以看出混凝土内部的最高温度可达2大体积混凝土水化热温度效应数值分析78~C，其温度陡增出现在混凝土浇筑后的12h之后。2．1分析方法经过1d的时间后，水化热的热量也开始慢慢的减小。文中分析混凝土的温度分布和发展规律时主要所以控制混凝土温度应该着重在混凝土浇筑后的1～考虑了混凝土浇筑温度、胶凝材料含量

6、、水化热、比热、2d内做好散热和养护。结合实际环境中大气温度值，6低温建筑技术2012年第1期(总第163期)可知混凝土桥墩内外温差在5—50％之间，据此利用性能。BdW，Ansys有限元软件分析桥墩在该温度场作用下的力学赠时间图3实测的混凝土浇筑后温度与时间的关系曲线图2．4数值模拟分析为35％时，其温度应力值为2．42MPa，大于混凝土继依次分析温差分别为5、10、15、20、25、30、35、4O、续抗拉强度1．89NPa，构件将会产生温度裂缝。则可45及50℃时桥墩的应力状态。数值模拟结果表明当判定温差30％一35％是混凝土开裂

7、的一个临界期。温差是30％时，其温度应力为1．81MPa，小于混凝土内外温差为30和35％时的第一主应力分布图分别如的极限抗拉强度1．89MPa，构件不会产生裂缝；当温差图4和图5所示。图4温度差为3O℃时的第一应力分布图5温度差为35℃时的第一应力分布为了确定30—35℃中究竟哪个是开裂的临界温控制位置，从而为进一步采取措施来降低温度场，减小差，对温差31、32、33、34％也进行了仿真模拟，温度应温度应力，抑制温度裂缝的开裂提供了实际的指导。力随温差变化的曲线图如图6所示。从图6可以看出，31℃的温差是大体积混凝土模型开裂的临界条件

8、。当温差小于31℃时，混凝土中心水泥水化产生的温度应力和混凝土外边缘的温度应力小于混凝土极限抗拉强度值，因而不会产生裂缝；而当温差大于31o【=时，混凝土的温度应力将会大于混凝土极限抗拉强度，从而产生裂缝。