热膨胀系数对混凝土温度应力的影响_芦琴

加权平均值简单表示 = 式中,
p p
为: ( 1)
Ep V p + s Es V s + g Eg V g Ep V p + EsV s + Eg V g
3 敏感性分析
浇筑块长、 高、 宽各 10. 0 m , 模型如图 1 所 示, 采用三种不同的 C30 混凝土改变骨料类型 , 石 英砂岩、 花岗岩、 砂岩混凝土热膨胀系数[ 6] 分别为 5. 80 10 、 8. 50 10 、 10. 80 10 统一取:
- 6 - 6 - 6 - 1
、s 、g 分别为水泥石、 细集料和粗集料的 ; E p、 Es 、 E g 分别为水泥石、 细集
热膨胀系数 , 1/
料和粗集料的弹性模量, M Pa ; V p 、 Vs 、 V g 分别为 水泥石、 细 集料 和粗 集料 的体 积率 , 且 有 V p + V s + V g = 1。
芦 琴
1
朱技术学院 , 陕西 杨凌 712100; 2. 北京冠亚伟业民用建筑设计有限公司 北京 100078) 摘要 : 针对热膨胀系数为混凝土的主要热物理特 性参数 , 亦 是其体积 稳定性的 重要表 征参数 , 基于 混合率 计 算热膨胀系数 , 分析了热膨胀系数的量化影响及 影响因素 , 通 过数值模拟 研究了热 膨胀系数对 混凝土结 构温 度应力的影响 , 获得加权平均法可作为热膨胀系 数计算之用 。 结果表明 , 热膨胀系数对温度应力影响较大 , 大 的热膨胀系数产生较大温度应力 , 反之则较小 。 关键词 : 热膨胀系数 ; 混凝土 ; 温度应力 ; 敏感性分析 中图分类号 : T V315; T V331 文献标志码 : A
4 结语
a. 在分析热膨胀系数影响因素的基础上, 指 出可通过加权平均公式反映各种影响规律 , 加权 平均公式法可用于热膨胀系数的计算。 b. 采用有限元对混凝土浇筑块进行数值分析 表明 , 热膨胀系数对温度应力较大影响 , 大的热膨 胀系数产生较大温度应力 , 反之则较小。 参考文献 :
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Forecasting Water Yeild of Underground Powerhouse Based on Fractured Network Seepage Model
LIU Zejun 1 H UANG Yo ng 2
( 1. F acult y of Ar chitectur e and Civil Eng ineering , H uaiyin Institute of T echnolog y, Huai an 223001, China; 2. Scho ol of Earth Sciences and Engineer ing, Ho hai U niversity, Nanjing 210098, China) Abstract: Based on t he statistic character istics of fractured geo met rical elements, fracture net wo rk system is genera ted by using the M onte - Carlo method. F racture intersectio n points ar e co nsidered as nodes, and fr act ur es betw een nodes are reg arded as linear element. A ccor ding to cubic law of sing le fr actur e and mass conser vation principle in fracture netw or k, the seepag e mathematica l model for discr et e fr actur ed netw o rk is develo ped for fr act ur ed ro ck mass. Further mo re, the numerical so lutio n o f t he model is also put fo rw ard. T he numer ical simulat ion prog rams of g ro undwater movement in fractured ro ck mass ar e develo ped in this paper. T he results show that the pro po sed method can be applied to forecast wa ter yield o f hydraulic str ucture and pr ov ided r efer ence fo r the area study w her e fractures develop quickly and has cer tain scale. Key words: under gr ound pow erhouse; fr actur e; net wo rk seepage mo del; w ater y eild
) MP a ) , 表面热交换系
数 = 1 237. 58 m/ d, 不考虑自身体 积变化的徐 。
图 1 有限元 模型 Fig . 1 FEM mo de l
膨胀系数为 10. 80
10
- 6
- 1
的混凝土 , 表明热
为考察热膨胀系数对表面点温度应力影响, 数值计算时龄期 5 d 内取 13 他按月平均气温 ( 表 1)
郭 希哲 . 中 国地质 灾害与 防治 [ M ] . 北京 : 地质出 版 社 , 1991. 邬强 . 齐岳山隧道涌水量预测 的研究 [ D] . 成都 : 西南 交通大学 , 2006. Renard Philippe. Approx imate Discharg e for Constant H ead Test with Recharging Boundary[ J] . Ground Wa ter , 2005, 43( 3) : 439 - 442.
图 3 特征点 2 的温度 变化 Fig . 3 V ariat io n o f t emper at ure o f po int 2
特征点取上表面的中心点点 1 与距基础 1 m 的内部中心点 2。图 2 为热膨胀系数分 别在 A 、 B、 C 三种工况下特征点 1、 2 应力变化 , C30 混凝 土的安全系数取 1. 8。由图可看出 : 随热膨胀 系数增大 , 最大温度应力明显增加 , 热膨胀系数为
第 28 卷 第 8 期 2 0 10 年 8 月 文章编号 : 1000 - 7709( 2010) 08 - 0106 - 03
水 电 能 源 科 学 W ater Resour ces and P ow er
V o l. 28 N o . 8 Aug . 2 0 1 0
热膨胀系数对混凝土温度应力的影响
热膨胀系数为研究设 计水工混凝土 结构温 控防裂时主 要技术 指标 , 并 为评 价和 预测混 凝 土早期开裂 趋势的 重要 参数 , 因 此研 究混凝 土 线膨胀系数 对预防 混凝 土开 裂、 提高 混凝土 整 体稳定 性有重 要意义。文 献 [ 1] 从细 观理论 出 发, 基于 M ori T anaka 法采用混凝土宏观有效剪 切模量 , 推导了混凝土有效热膨 胀系数的解答 , 文献 [ 2] 则用反演法 推求, 试验确定了 热膨胀系 数为最基本的方 法, 但试 验费用高、 时间长。鉴 此, 本文采用加权平均法计算热 膨胀系数 , 分析 了各种影响 因素 , 为进 而研 究了 温度 应力的 敏 感性。
1 计算原理
( 1) 数值 计算 原理。在 计算 域 R 内任 一点 处, 不稳定温度场 T ( x , y , z , t ) 须满 足热传导方 程, 详见文献[ 3 ] 。 ( 2) 热膨胀系数计算。根据混合律 , 混凝土的 热膨胀系数 可用水泥石与集料的热膨胀系数的
[ 4]
化亦可通过改变水泥种类、 细度体现。加权公式 计算的热膨胀系数分析规律与试验规律一致, 证 明可在无实测资料情况下用于混凝土结构的初步 设计。
稳定 ; 当用水量一定时 , 热膨胀系数随水灰质量 比的增加而减小。 由式 ( 1) 可看出: 水泥浆体积加大, 由于其 热膨胀系数远大于骨料 , 混凝土热膨胀系数显然 变大 ; 随龄期的增大, 水泥的弹性模量增大 , 骨 料不变, 故混凝土热膨胀系数增大 , 且增长规律与 弹模一致 , 逐渐趋于稳定 ; 水泥浆的弹性模量变
107
绝热温升 = 30( 1- e 弹性模量 E = 31. 5( 1- e 导热系数 2. 53 W/ ( m 变度
[ 6] 0. 2 0. 76 - 0. 65
0. 75
5. 80 )
10- 6
- 1
时 ( 工况 A) , 在 1. 65 的安全系数 10- 6
- 1
下表面温度应力未超过允许抗拉强度 , 结构不出 现裂缝; 当 热膨胀 系数 为 8. 50 时 ( 工况 B) , 温度应力处于临界状态, 极有可能出现 裂缝 ; 当热膨胀系数为10. 80 10- 6 - 1 时 ( 工 况 C) , 表面温度应力远大于允许抗拉强度 , 肯定 会出现表面裂缝。可见 , 热膨胀系数对温度应力 影响极大。龄期前 3 d 差值很小的原因是水化反 应刚开始、 加之早期混凝土弹性模量还很小。 基础约束区特征点的应力变化较复杂, 其原 因可能是早期温度变化小、 结构自身对应力影响 较大。但整体变化均随温度的下降应力增大 ( 图 3) , 在温度最低时刻 ( 龄期 200 d) 应力最大的是热
收稿日期 : 2010 - 03 - 08, 修回日期 : 2010 - 04 - 23
, 凭经验
作者简介 : 芦琴 ( 1979 -) , 女 , 助教 , 研究方向为水工水利计算及水利水电工程 , E - mail: lg yjk0993@ 126. com
第 28 卷第 8 期
芦
琴等 : 热膨胀系数对混凝土温度应力的影响
图 2 特征点 1、 2 应力变化 Fig . 2 V ariat io n o f t he rmal s t re ss of po int 1 and 2
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170 ( 上接第 60 页) 参考文献:
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水
电
能
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科
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2010 年
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2 热膨胀系数影响因素
影响水泥混凝土线膨胀系数的因素较多 ( 如 骨料品种、 龄期、 水胶比、 水泥类型、 水泥细度、 浆 体含量、 湿含量和温度变化范围等 ) , 且热膨胀影 响因素较复杂 , 规律亦不一致 [ 5, 6] 。文献 [ 7] 通过 试验验证获得 : 增加 ; 热膨胀系数随浆集比的增大而 热膨胀系数随龄期的增长速度变缓趋于
[ 8]
膨胀系数与温度应力变化同向。
的日温度变幅 , 其
计算。
表 1 月平均 温度 Ta b. 1 M o nt hly a ve r ag e t empe rat ur e
月份 1 2 3 4 5 6 温度 - 2. 3 1. 9 9. 0 16. 9 23. 6 27. 2 月份 7 8 9 10 11 12 温度 26. 8 22. 5 15. 4 7. 4 0. 8 - 2. 8