热传导模型在早龄期混凝土结构非结构性裂缝分析中的应用.pdf

《热传导模型在早龄期混凝土结构非结构性裂缝分析中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6期（总第170期）No.6(SerialNo.170)2013年12月CHINAMUNICIPALENGINEERINGDec.2013DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.06.021热传导模型在早龄期混凝土结构非结构性裂缝分析中的应用许朴[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海200092]摘要：为更准确地分析混凝土结构早龄期非结构性裂缝的产生机理，提出了混凝土三维有限元热传导数值计算模型。该模型考虑了混凝土水化反应引起的温度变化，采用水化度的混凝土弹性模量和抗拉强度计算公式来表征早龄期温度变化对其力学性能的影响，并在

2、应力分析中采用Bazant双幂函数徐变模型考虑徐变对混凝土应力的影响。分析表明，该模型能较好地预测实际条件下混凝土温度和相应产生的应力，具有一定的工程应用价值。关键词：非结构性裂缝；水化反应；温度场；温度应力；有限元分析中图分类号：TV331文献标志码：B文章编号：1004-4655（2013）06-0066-04混凝土结构裂缝通常可分为2类，结构性裂缝和计算研究，尤其是混凝土的水化放热特性和干缩和非结构性裂缝。这些裂缝可能影响结构的整体外特性。但是在预测混凝土结构的非结构性裂缝时还观和耐久性，甚至引起严重的结构性问题。造成开存在诸多问题，其原因在于很多方法只是侧

3、重描述裂主要由混凝土结构体积变化受到约束产生拉应力某一个特定的影响因素如混凝土的水化热或者干缩和过大负载作用于结构而造成。而对于非结构性裂变形，而往往忽略其他因素或简化为常量。因此，缝，则是混凝土材料特性、现场的实际施工情况、提出了一个改良的数值计算模型应用于混凝土非结混凝土的结构形式和裂缝本身特性等诸多因素联合构性裂缝的分析和研究，采用水化度的混凝土弹性作用的结果。模量和抗拉强度计算公式表征早龄期温度变化对其早期温升阶段，由于水泥的水化反应，混凝土力学性能的影响，在应力分析中采用Bazant的双结构内各个部位由于温升不同产生温差引起不同体幂函数徐变模型。积变化，

4、相互约束而产生拉应力；温降阶段，则由1热传导模型于各部位混凝土温降收缩引起的体积变化不同，相混凝土的瞬态热平衡方程遵循傅立叶原理，其互约束或受到基础的约束而产生拉应力。当这2个表达式为阶段产生拉应力超过其抗拉强度时，混凝土会产生（1）裂缝。此外，混凝土暴露在空气中，由于湿度扩散式中：k为热传导系数，kJ/（m·h·℃）；T为温43作用，其水分含量逐渐下降，进而导致水泥浆体收度，℃；Q为混凝土热量单位释放率，kJ/m；ρ为3缩产生干缩应力，当其数值大于混凝土的抗拉强度密度，kg/m；c为比热，kJ/(kg·℃)。时，混凝土结构就会出现干缩裂缝，干缩拉应力的对于已经成

5、熟的混凝土而言，影响混凝土热传大小受到多种因素影响，包括干缩程度、约束强度、导系数k的因素主要为骨料类型与含量；而水泥水弹性模量、徐变等。总之，引起混凝土开裂的因素化过程中，混凝土导热能力随水化反应不断变化，很多，而每个因素都需要加以研究才能有效地防止其主要原因在于混凝土温度以及各组分含量、各相混凝土结构裂缝。比例的变化，尤其是混凝土内部孔隙率的变化导致为了解混凝土结构开裂的原因，已做很多试验其导热能力变化。试验数据表明，混凝土浇筑后的几个小时之内，其热传导系数比成熟时混凝土的热收稿日期：2013-09-02传导系数大20%～30%，引用Ruizetal.建立导作

6、者简介：许朴（1982—），男，高级工程师，博士，主要热系数和水化度的关系为从事水工结构工程设计及研究。66许朴：热传导模型在早龄期混凝土结构非结构性裂缝分析中的应用2013年第6期（2）以，式（6）是一个非线性方程，需要采用迭代的式中：ku为最终导热系数，kJ/（m·h·℃）；k(α)方法求解。为当水化度为α时的导热系数；水化度α为混凝土2力学模型中胶凝材料在某一龄期的水化反应程度，一般定义2.1材料特性水泥某龄期时水化放热量和水泥完全水化时的放热在水化反应过程中，混凝土材料特性的变化和量的比值。混凝土的水化度α有关。从力学的角度出发，水化大量的试验数据表明，水

7、泥水化过程中，水化度存在一个初始值，此时混凝土的材料力学特性基反应的速度和温度有关，温度越高其反应速度也越本可以被忽略。也就是说，初始水化度α0就是混凝快，则混凝土的水化反应过程一般遵循Arrhennius土混和料从悬浮液态转变为固态时刻的水化度，当函数为α>α0时，混凝土可以视为固态骨架结构。依据试验数据，Rosta'sy等建立了混凝土抗压强度fc，（3）式中：a为单位最大放热量，kJ/m3；f(α)为水化度抗拉强度ft，弹性模量Ec的关系式为对放热速率的影响系数，其取值与水泥水化反应的（7）级数有关；Ea为反应的表现活化能，J/mol；R为-1-1理想气体常数

8、，8.31