混凝土现浇板早期温度场研究.pdf

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1、混凝土现浇板早期温度场研究徐静伟(西安铁路职业技术学院,陕西西安710600)摘要:利用有限元软件ANSYS,结合理论分析与数值模对梁板早期温度场进行有限元计算,采用ANSYS提供拟等方法,以某框架结构办公楼的现浇板为例,通过对其的SOLID70热分析单元,有限元模型如图1所示。早期的温度场的模拟分析,来阐述早期温度变形对应力发展的贡献,并分析结构混凝土可能出现的开裂部位及裂缝形态。关键词:现浇板;早期开裂;温度场;研究中图分类号:TU755．7文献标志码:A文章编号:1672-4011(2016)12-0025-02图1温度场计算模型DOI:10．3969/j．issn．1672-

2、4011．2016．12．0120前言2早期温度场计算分析#现浇板的早期开裂问题一直是工程中存在的普遍现象,为便于结果整理及分析,以1板格为例,分别选取具许多现浇板在刚拆除模板甚至浇筑后很短时间内就出现了有代表性的板格中央区域、梁交界处、梁跨中附近共6个不同程度的裂缝,成为困扰业主、设计和施工人员的工程典型部位(A~F),并取其横截面上5个节点为特征点(如问题之一。设计与施工人员以往采取的抗裂措施很多,但图2所示)。由于对现浇板早期开裂的机理缺乏深入系统的研究,问题[1-3]并未得到很好解决。针对现浇板早期变形开裂的研究资料与分析相对较少,仅少数进行了试验研究与理论计算,在温度场有限

3、元计算中,多数未考虑温度对水化反应速率的影响,这将造成很大的偏差。本文将综合考虑弹性模量随时间的发展规律、温度对水化反应速率的影响,通过有限元计算分析来阐述早期温度变形对应力发展的贡献,进图2典型部位及截面特征点示意图而分析结构混凝土可能出现的开裂部位及裂缝形态。2．1沿厚度截面的温度变化1早期温度场基本参数与计算模型图3为A处板带沿厚度方向不同龄期的温度分布。在升温和降温阶段,温度沿厚度分布不均匀,呈非线性分布。为便于建立模型,本文选择开间为5．4m,进深为6．3同一龄期内,以截面中心及偏下区域温度最高,底面由于m的某单位办公楼现浇板进行有限元分析计算,板厚120有模板保护温度次之

4、,顶面直接与大气接触,故温度最低。mm。框架梁截面尺寸为450mm×800mm,梁板采用C30混凝土一起浇筑,柱截面尺寸为500mm×500mm,采用C40混凝土。比热c=0．96kJ/(kg·℃),导热系数λ引用[3]AntonKarelSchindler建立的导热系数和水化度的关系:λ(α(t))=λ·(1．33-0．33α(t))(1)eue式中,λ(α(t))为当水化度为α(t)时的导热系数;eeλ为最终导热系数。u本基本工况的计算采用文献[4]提出的基于水化度的绝热温升复合指数式模型:m·tneθ(α(t))=θ(1-e)(2)eu式中,θ(α(t))为基于水化度的绝热温升

5、;θ为最高eu绝热温升;m、n为常数;t为等效时间。图3A处板带横截面不同龄期的温度分布e基本工况模拟为夏季20点开始浇筑。未考虑太阳辐射为进一步说明温度沿厚度方向随龄期的变化情况,提及水温影响,气温变化的资料可以从当地气象站取得。供A处截面上顶面、中心及底面三个特征点的时间历程温度变化曲线图(如图4所示)。从图4中可看出:混凝土浇筑后早期温度经历水化热升温、降温及随环境温度变化三作者简介:徐静伟(1984-),女,硕士研究生,讲师,研究方向:结构工程。个阶段,由于厚度相对较薄,截面上三个特征点温度极易·25·受环境气温影响。3梁对板温度的影响取各典型部位板带截面上表面及中心特征点的

6、温度(如表1所示),考察梁对板温度及温差的影响情况。由表1可看出,板格内各典型部位温度的分布由高到低依次为:B、D、E、C、F、A。可见,受框架梁内温度的影响,梁与梁交界处板带温度最高,其次为框架梁跨中附近板带,而对远离梁的中央区域板带温度的影响较小。同时,由于现浇板相对较薄,相比于内外温差而言,主要是温降幅度作用,且梁交界处板带的温降幅度要高于板格其他区域。过大的温降幅度和过快的温降速率对结构危害较大,很容易引起图4浇筑后14d现浇板A处特征点温度历时曲线混凝土早期贯穿性裂缝。在升温阶段,随着水化反应放热温度上升较快,顶面表1板带特征点最高温度及最大温差统计表℃处在龄期1．75d时

7、,达到最高温度33．65℃,温升幅度为特征点最高温度最大温差温降幅典型部位8．65℃;中心处在龄期1．875d时,达到最高温度34．21℃,顶面中心底面中心-顶面中心-底面度温升幅度为9．21℃。可见,由于表面散热作用,表面混凝A33．6534．2834．170．920．155．94B35．3535．9135．460．920．527．54土的温升幅度远小于中心处,这将导致内外混凝土变形不C34．5835．8335．460．940．457．35一致,此时,虽