大体积混凝土浇筑块温度应力场直接耦合法仿真计算

《大体积混凝土浇筑块温度应力场直接耦合法仿真计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第10卷第16期2010年6月科学技术与工程VoL10No．16June2010I671—1815(2010)16—4057—04ScienceTechnologyandEn~neefing@2010Sci．Tech．Engng．水利技术大体积混凝土浇筑块温度应力场直接耦合法仿真计算刘亚基苏志敏邹超英陈强许筱倩(昆明理工大学电力工程学院，昆明650051；云南师范大学，昆明650500)摘要大体积混凝土浇筑块的温度应力场是个多因素物理场，同时与混凝土的弹性模量、水泥水化热、徐变、环境气温以及浇筑温度有关。以大型有限元软件ANSYS为平台，采用直接耦合

2、法对浇筑块的温度应力场进行仿真计算，形象地反映了施工过程中的温度应力场随时间变化分布规律，对设计和施工均有一定的参考价值。关键词有限元ANSYS耦合温度应力场大体积混凝土巾图法分类号TV311；文献标志码B现今，大体积混凝土浇筑广泛应用于混凝土aT=Ⅱ(窘+a2T+)+(1)坝、房屋建筑、桥梁、地基等大型土木结构工程施工当中。在施工过程中，温度应力场受到水泥水化式(1)中：卜温度；r一时间；0一导温系数；一绝热、浇筑温度、环境温度、太阳辐射热、基础的热传热温升。第三类边界条件，也是大体积混凝土温度计算导特性等因素的作用，若设计施工不当，很容易产生表面

3、裂缝和深层裂缝，甚至是贯穿性裂缝，直接最常用的边界条件。混凝土与空气接触，两种物质影响到工程的质量和工期。采用有限元软件AN—之间存在热交换，混凝土表面的热流量是SYS，通过参数化设计，编辑各种功能的宏文件和各g=一A。种功能函数、选定符合实际的仿真参数、计算并提第三类边界条件假定经过混凝土表面的热流取实际工程中关心的温度和应力，指导大体积混凝量与混凝土表面温度和气温n之差成正比，即土浇筑的设计和施工，提高混凝土浇筑的成功率，防止裂缝，缩短工期和避免返工的发生，对工程有一A=卢(一)(2)很实际的意义。式(2)中为表面放热系数。1热传导原理及第三类边

4、界条件2大体积混凝土浇筑块温度应力场模拟的实现假定混凝土为均匀的、各向同性的固体⋯，混2．1ANSYS中的直接耦合与间接耦合法凝土的热传导方程为：大体积混凝土浇筑块温度应力场显然是个瞬态问题，在ANSYS分析中有两种方法。其一为问2010年3月l8日收到第一作者简介：刘亚基(1987一)，汉族，安徽东至人，硕士研究生接耦合法，首先进行热分析，得到一个。RTH的研究方向：水工结构工程。E—mail：373684251@163．corn。文件。接着重新回到前处理进行结构计算的设置，’通信作者简介：苏志敏(1961一)，男，云南昆明人，教授，E-mail将

5、热分析的结果文件作为体荷载施加到结构计算yysdszm@163．tom。当中。其二为直接耦合法，直接使用ANSYS中提供4058科学技术与工程10卷的同时具有温度和位移自由度的耦合单元，一次得到热分析和结构应力的分析结果J。本文采用的3计算模型和结果分析是具有多自由度的耦合实体单元SOLID226。2．2仿真模型和参数的选择某拱坝混凝土施工采用的是15m×15mX3m模型和参数的选择直接影响到计算结果的合的混凝土浇筑块，日平均气温为18．9~C，混凝土浇理性，混凝土材料配合比的不同影响其热学力学性筑块的浇筑温度为21．4℃，不考虑太阳辐射热的影能。算

6、例中取250号(t128)的混凝土，混凝土级配响，采用自然冷却的方式，计算取前28d。模型及网为：水泥8．35％，砂18．51％，石子68．96％，水格如图1。4．18％．计算结果见表1。表1混凝土的热学参数1某拱坝混凝土模型及网络温度／~C舵∞拍粥如2．3浇筑仿真中的难点2．3．1水泥水化热的模拟大体积混凝土浇筑块温度应力场计算，影响最大的就是水化热这一内热源。合理的模拟水化热将直接影响到计算结果的真实性。ANSYS中水化热是一种生热率的体荷载，可以通过HGEN来施加的。生热率是指单位时间单位体积内混凝土的生热量，即产生的热量对时间的导数j，取指数

7、式：图2浇筑块中心结点温度历程曲线Q(．r)=Q。(1一e一)(3)那么，生热率为HGEN：wdQ(r)温度／℃一：．WmQ。。⋯。U丁式(3)中：一单位体积混凝土中的水泥用量，w／m；Q(r)一龄期为r时的累积水化热，kJ／kg；m一常数，随水泥品种、比表面积及浇筑温度不同而不同。2．3．2增长的弹性模量混凝土浇筑后，由于水化热的散发、温度场的变化与混凝土弹性模量的变化是同步发展的，加之4812l62O242832364O温度应力与弹模密切相关，所以弹模随时间的增长时问／d也必须考虑。计算弹模的经验公式有多种，本文取图3浇筑块表面结点温度历程曲线复

8、合指数式：(7．)=Eo(1一e)(4)式(4)中：一最终弹性模量；口、b为常数。l6期刘亚基，等：大体积混