大体积混凝土温度应力仿真分析与反分析共3篇

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大体积混凝土(筏板基础)温度场仿真分析与温控监测

图５有限元模型及测点布置图
图６不同时刻的温度场分布云图
图７布置测点的温度变化曲线
４１２
云南民族大学学报（自然科学版）第３０卷
筏板基础不同时刻的应力云图如图８，在混凝土浇筑完成后，底板上部和下部承受拉应力，中部承受压应力，并且温度应力随着时间不断变大．从７０ｈ以后，底板表面温度应力的范围逐渐向基础中心收缩，
参考文献：
［１］ＮＡＳＳＩＮＡ，ＤＡＮＩＣＡＬＪ．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｏｒｒｏｌｌｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍｓ：ｃａｓｅｓｔｕｄｙｓｔａｇｅｃｏａｃｈｄａｍ［Ｊ］．ＤａｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９２，３：３９－４２
合理有效的保温措施来降低内外温差，对控制混凝［２］ＹＯＮＧＷ，ＬＵＮＡＲ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａ
在监测混凝土应变的过程中，内部水化热的过
中部、下部），控制点间距为６００ｍｍ，上部控制点距程会使得其体积发生收缩和膨胀发生变化，此时混
离底板顶面８０ｍｍ，中部控制点位于底板中间，下部凝土的弹性模量也算随之改变，因此我们通过测试
பைடு நூலகம்１０
云南民族大学学报（自然科学版）第３０卷
摘要：对于大体积混凝土筏板基础在温度场影响下的应力变化和分布规律，结合具体的实际案例，现场监测得到了混凝土的温度和应力应变变化规律，并与计算得到的数值结果进行了对比，说明了研究结果的可靠性．研究表明大体积混凝土在发生水化热反应的过程中，不同时刻的温度场和应力场变化较大，尽早地进行混凝土开裂防治，能有效解决温度应力引起的表面裂纹问题，保证施工质量和安全．关键词：大体积混凝土；温度场；数值模拟；监测中图分类号：ＴＵ７５５文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－８５１３（２０２１）０４－０４０８－０６

大体积混凝土温度应力场变化分析

大体积混凝土温度应力场变化分析谭广柱;刘书贤;张弛;麻风海【摘要】大体积混凝土水泥水化放热产生的大量热量,由于边界条件的存在和限制,温度场和应力场的存在非常容易破坏混凝土,所以大体积混凝土温度场和应力场是其施工质量的关键因素.通过对大体积混凝土温度场和应力场的现场测试,基于现场实际的测量方案,建立正确的数值分析计算模型,根据大体积混凝土的现场力学性能非线性增长的特性,分析养护过程中大体积混凝土的温度应力场的分布、变化过程,通过对比现场测试和数值计算的结果分析可知:需要实时监测大体积混凝土的温度场和现场气象状况,采取合理的养护方案,保证水泥水化放热能够及时散出,为有效控制大体积混凝土灾害温度应力场的产生和温度裂缝提供理论支持,其结果可为类似的大体积混凝土工程提供借鉴参考.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2013(030)001【总页数】6页(P20-24,44)【关键词】大体积混凝土;温度场;温度应力;有限元;数值分析【作者】谭广柱;刘书贤;张弛;麻风海【作者单位】辽宁工程技术大学产业开发处,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新123000;本溪钢铁集团建设有限责任公司,辽宁本溪117000;大连大学建筑工程学院,辽宁大连116622【正文语种】中文【中图分类】TU352.1大体积混凝土的温度裂缝主要是由水泥水化热造成的，为了提高大体积混凝土结构的施工质量，必须控制大体积混凝土施工和养护过程中由于水泥水化放热所产生的温度变化和温度应力。

由于大体积混凝土结构体系自身的复杂性和所处环境的多样性，大体积混凝土的开裂问题必须考虑其养护过程中温度应力的影响[1～11]。

对于大体积混凝土温度应力场的研究分析，美国主要是利用有限元时间过程的分析方法，日本则主要是利用约束系数矩阵法；在法国和英国ABAQUS、ANSYS等有限元分析软件则应用比较广泛。

桥梁承台大体积混凝土结构温度应力仿真分析

一一
表２承台各方案不同浇筑层最高温度值
绝热边界条件：
一ｎ
表３承台各方案不同区域最大温度应力值
式中：Ｔｈ为给定的边界温度；Ｔａ为外界气温，Ｔｏ（ｘ，Ｙ，ｚ）为给定的
初始温度；为导热系数；Ｂ为表面放热系数。２温度应力有限元计算原理求解弹性体内变温引起的温度应力时，首先要求出变温引起的等效结点荷载，然后求出结点位移，最后计算变温引起的应力。设弹性体内各点的变温为Ｔ，其产生的自由变形为Ｔ，ｄ为热膨胀系数，在各向同性体中不随方向而改变，因而各向正应变均相同，且不伴生角应变，于是弹性体内各点的应变分量可表示为：
，
式中：－ｂ７为温度随时间的变化率；Ｏｌ是导温系数，按Ｃｔ＝２／ｃｐ计算；０为混凝土的绝热温升；是导热系数；丁是时间；Ｃ，Ｐ分别为混凝土比热、容重。１．２初始条件和边界条件。热传导方程建立了物体的温度与时间、空间的关系，但满足热传导方程的解有无限多，为了确定需要的温度场，还必须知道初始条件和边界条件。初始条件为在初始瞬时物体内部的温度分布规律，边界条件为混凝土表面与周围介质之间温度相互作用的规律，初始条件和边界条件合成为边界条件。初始条件：ｒｌ，＝Ｔｏ（ｘ，Ｙ，ｚ）边界条件：第一类边界条件Ｔ－Ｔ｝，第三类边界条件～疗ｒ７＿一 ‘ ７１、
・
１７８・

大体积混凝土温度应力场仿真分析

（，）已知温度函数。，ｚ一２２热载荷．大体积混凝土产生温度应力的原因是水
泥的水化反应，有限元分析中以生热率作为热载荷施加在模型中，其基本方程如下：
裂缝从侧面中心位置附近的下方出现，裂缝
３１某码头工程大体积混凝土桩帽．
（）工程概况１
（）初始条件２
热分析开始时，结构在整个区域中的温度为已知值。
Ｉ＝ｘ，Ｚｔ（Ｙ，）＝０式中：（）４
在某码头三期工程施工中，部分大体积混凝土桩帽在养护过程中发现有规律的裂缝。步分析裂缝产生与温度应力有关，初为此对桩帽在施工过程中的温度场进行监控和分析。桩帽结构尺寸为５３４６２４桩．ｍ￣．ｍ￣．ｍ．直径ｏ．ｍ，伸人桩帽大约１３２５桩．ｍ。裂缝主要发生在桩帽５３长度方向的２个侧面，．ｍ
程三维温度、力场的仿真模拟．应并结合工程实测数据进行对比分析。
２温度应力场计算有限元原理
｛：七。
式中：
。、一
两种不同物体接触面上的温
２１定解条件．
度；
一
ｌ一
、
一
两种不同固体的导热系数。
・
专题论述・
大体积混凝土温度应力场仿真分析
三航科研院有限公司卓杨汪冬冬

大体积混凝土结构温度应力仿真分析

——温度荷载增量，
v n
T n
P
P [ B]
T n v
T
T [ Dn ] n dv

P ——自生体积变形荷载增量，
0 n
P [ B]
0 n v
T
0 [ D n ] n dv

由式（6-4）求得位移增量 n 后，代入式（6-2）即可求出应力增量 n 。
0 x (t )
(1 ) x (t ) S (t ) E (t )

（5-1）
（2）应变增量
①徐变变形增量的递推公式（隐式解法、变步长）
设从0开始受(t)作用，到时间t时混凝土徐变变形为：
( ) (t ) ( 0 )c(t , 0 ) c(t , ) d 0
总应力为各时段应力增量之和，即：
n i
i 1
n
（6-5）
（2）说明（1）对温度应力来说，徐变具有巨大的影响，徐变的作用使温度应力产生相当大的松弛，徐变变形经常达到弹性变形的1~3倍，一般而言，可以使温度应力减小40%左右。（2）热膨胀系数对温度应力具有重要的影响，温度应力与热膨胀系数成正比。（3）弹性模量对温度应力具有重要的影响，温度应力与弹性模量成正比。
n i 1
i

（2）混凝土等效热传导方程
经过推导可得考虑表面散热对冷却效果影响的混凝土结构水管冷却等效热传导方程如下
2T 2T 2T T a 2 2 2 y z x 1
（4-3）
1 T f T0 Tw 0 （4-4）
（2-6）
在给定的初始条件和边界条件下求解导热方程就可得出不同时刻时的温度场T(x, y, z,)。

大体积混凝土浇筑温度场的仿真分析

混凝土在浇筑过程中要释放大量水化反应所
产生的热量，周围环境温度的变化对混凝土的受
实际，应用有限元软件ＡＳＳ对闸室结构施工期ＮＹ
间的温度场进行了模拟，并通过分析温度场计算结果指导了闸室结构的设计及施工。
力性能有很大的影响，尤其在大型水工结构工程中，温度引起的大体积混凝土结构裂缝以及裂缝
的开展日益受到土木及水利等工程界人士的重视。
国际坝工委员会（ＣＬ１８ＩＯＤ）９８年对大坝工作状态
１工程概况
ｔｅｃｎｒｌｏｈｅｍａｓｃｎｒｔｅｅａｕｅｈｏｔｏｆｔｓｏｃｅｅｔｍｐｒｔｒ，ｗｈｃａｎｄａｓｔｓａｔｒｆｅｔｔｒｖａｓｔｔｔｅｆｎｔｌｍｅｔｉｈｇｉｅａｉｆｃｏｙｅｆｃ．Ｉｅｅｌｈａｈｉｅｅｅｎｉ
层施工断面见图１。
Ｉ
＿＿＿＿＿＿＿＿一
内部输水系统的温度与空气的对流，整个计算过程需要用到第２类、第３类和第４类边界条件［３１。
因此，利用ＡＮＹＳＳ图形用户操作是无法实现的，必须利用ＡＳＳ强大的ＡＤＮＹＰＬ程序设计功能来实
３．ｉ。闸室结构分段长度除０１００１５段６闸６８ｎ＋０～＋２
墙为２Ｉ，其余分段长度均为２５Ｉ外Ｔ０ｍ。分段右侧为衬砌式和重力式混凝土结构。本次仿真分析选取２５ｉ闸室结构段，总体积为２８ｎ长３６０ｉ，ｎ

大体积箱梁混凝土施工期温度场仿真分析

大体积箱梁混凝土施工期温度场仿真分析摘要：金塘大桥60m箱梁混凝土浇筑完成后由于水化作用下使得混凝土内外温度、梯度差等关键问题，介绍了混凝土浇筑后箱梁的温度场、应力场的变化情况及控制措施。

关键词：箱梁温度场应力场分析0 引言金塘大桥项目是舟山连岛工程重要的组成部分之一，由金塘大桥（主通航孔桥、东通航孔桥、西通航孔桥、非通航孔桥以及金塘侧引桥、浅水区引桥、镇海侧引桥）和金塘岛连接线组成，全长26.54km。

1 研究目的箱梁混凝土的浇筑是混凝土施工阶段的重要组成部分，浇筑质量的好坏直接影响到结构的受力性能。

影响混凝土浇筑质量的因素主要由以下几个方面：①水化反应产生的热量；②混凝土中各种材料力学性能、物理性能和化学性能的差异；③混凝土浇筑工艺。

箱梁大体积混凝土浇筑后产生较大是水化热。

混凝土的导热性较差，水化热在混凝土内部形成不均匀、非稳态温度场。

造成于内外温升不一致，形成较大的温度梯度，在内外混凝土相互约束作用下产生拉应力，当温度应力超过混凝土初期的抗拉强度时就会产生裂缝。

与此同时，随着热量不断向外散发，待混凝土达到最高温度后，混凝土温度逐渐下降，体积收缩，在约束条件下形成温度拉应力，也可能产生裂缝。

这些裂缝影响到结构的整体性和耐久性。

因此，在桥梁结构大体积混凝土施工过程中，准确预测混凝土内部温度场和应力场分布规律尤为重要。

2 研究的理论基础与内容混凝土温度场的计算按三维瞬态温度场来考虑，其不稳定温度场应满足以下热传导微分方程以及相应的初始条件和边界条件。

限于篇幅，此公式含义不做详细解释，请查看相关书籍水泥水化热水泥水化放热是水泥中的矿物与水发生化学反应后放出热量，由于混凝土是热的不良导体，所以在体内形成了不稳定的温度场。

3 有限元模型的建立选择三维温度单元solid70模拟浇筑的混凝土，定义相应的材料性能参数、导热系数、密度和比热，根据箱梁的实际施工情况，模拟实际对流和水化热生成情况。

设定混凝土浇筑为两种情况：①夏季施工，混凝土浇筑温度为30℃，外界温度28℃；②冬季施工，混凝土浇筑温度为6℃，外界温度5℃。

大体积混凝土温度应力分析

大体积混凝土温度应力分析摘要：施工中应以预防裂缝的发生为主。

掌握温度应力变化规律及混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工极为重要的。

在今后的工程施工中我们应多进行这方面的探讨研究，使混凝土结构工程更趋于合理、安全。

本文对大体积混凝土温度应力进行了探讨。

关键词：大体积；混凝土；温度应力；原因；措施随着我国社会主义市场经济蓬勃发展,城市建设不断朝着高建筑, 整体浇筑混凝土方向发展。

现在每年混凝土用量已达9亿立方米。

为满足结构功能需要, 大体积混凝土施工也越来越普遍, 如高层建筑地下室基础的底板、承台, 上部结构转换层等, 混凝土工程的施工质量总体水平不断提高。

但是与国民经济发展水平和国际先进水平相比, 我国建筑工程混凝土施工质量仍有较大差距, 特别是造成混凝土裂缝现象时有发生。

引起混凝土裂缝原因很多, 在大体积混凝土施工中, 温度应力是造成裂缝最常见的原因。

一、温度应力引起的原因1、自生应力没有任何边界上完全约束或静止的结构, 如果内部温度是非线形分布的, 由于结构本身互相约束而会出现温度应力。

例如桥梁墩身, 结构尺寸相对较大, 混凝土冷却时表面温度低, 内部温度高, 在表面出现拉应力, 在中间出现压应力。

2、约束应力结构的全部或部分边界受到外界的约束, 不能自由变形而引起的应力。

如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土在温度变化时的变形应力。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩引起的应力共同作用。

二、温度应力的形成过程温度应力的形成过程可分为以下三阶段:1、早期自浇注混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般为30d。

这个阶段具有两个特征, 一是水泥放出大量的水化热, 二是混凝土弹性模量的急剧变化, 这一时期在混凝土内部形成残余应力。

2、中期自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止, 这个时期中, 温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起, 这些应力与早期残余的应力相叠加, 在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分析

大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分析摘要: 大体积混凝土因自身水化热和环境温度的影响易产生温度裂缝。

监测大体积混凝土温度的变化是工程检测的重要工作。

通过试验室对混凝土施工前的温度的观测, 由温度结果分析得出适宜的施工工艺。

对调整施工工艺后的结构混凝土进行温度观测及温度应力分析,明显的降低了混凝土的温度及应力, 该工程中大体积混凝土温度符合工程的要求和标准。

关键词: 大体积混凝土; 温度观测; 应力1 工程背景1.1 工程简介广西省桂来高速公路黔江特大桥大型承台施工，为防止水化热和环境温度产生温度裂缝使钢筋锈蚀, 混凝土的碳化, 降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

本工程中从原材料、施工工艺和散热降温等方面采取相应的技术措施来保证大体积混凝土的实际温差在允许温差范围内, 从而有效控制温度应力的变化及温度裂缝的产生。

大体积混凝土浇筑最高温度不宜超过80 ℃; 大体积混凝土表面和内部温差控制在设计要求的范围内, 温差不宜超过25 ℃。

本工程通过试验室对混凝土温度的变化进行监控和观测, 由温度变化结果分析得出适宜的施工工艺, 以确保结构混凝土施工的质量。

根据广西省桂来高速公路黔江特大桥大型承台设计要求, 混凝土的浇筑入模温度不得超过32℃。

在混凝土养护期间, 内部最高温度不得高于85 ℃( 施工环境温度较高) , 混凝土内任何相邻1m 的两点温度差值不能大于25℃。

承台的结构尺寸长25.3 m,宽为8.62 m, 高度为5 m 的钢筋混凝土结构。

水泥采用强度增长较为缓慢且水化放热量低的P·O42.5级水泥, 3 d 抗压强度26 MPa, 28 d 抗压强度56 MPa; 7 d 水化热306 kJ/kg。

在混凝土中掺加部分粉煤灰, 可使混凝土内部温峰显著降低, 减少混凝土水化热, 有利于防止大体积混凝土开裂。

选用性能较好的I 级粉煤灰, 需水量比90%~92%, 烧失量1.6%~2.5%。

大体积混凝土温度控制参数敏感性仿真分析

冷却水管直径／ｍ
７７．１４５８２．５６６
０．０４
热源常数ｎ冷却水温／ ℃
流量／（ｍ０・ｈ）
０．７５９ｌ５
ｌ＿５
水管对流系数／［ｋＪ（ｍ・ｈ・℃ ）］混凝土比热容／［ｋＪ（ｋｇ・℃ ）］
总第２５９期２０１３年第４期
ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
交
通
科
技
ＳｅｒｉａｌＮｏ．２５９Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１３
大体积混凝土温度控制参数敏感性仿真分析
温度、冷却水温度、冷却水流量、边界条件的放热
系数等参数研究其对里表温差、温度峰值和温度
峰值出现时间的影响。１模型介绍和参数取值
大，但在日后温度逐渐降低时，弹性模量较大，徐变较小，在一定约束条件下会产生相当大的拉应力。此外，大体积混凝土结构通常是不配钢筋或５
土水化热温升的基础。当只改变人模温度（９，１０，
１１，１２，１３，１４，１５℃），其他条件都不变时，观察不
１Ｏ
代迟书：大体积混凝土温度控制参数敏感性仿真分析
对大体积混凝土的里表温度、最高温度，以及出现时间的影响规律。

大体积混凝土水化热温度应力裂缝控制的试验及有限元仿真分析

大体积混凝土水化热温度应力裂缝控制的试验及有限元仿真分析摘要：现今大跨度和超高层建筑越来越多，大体积混凝土的水化热产生温度应力裂缝问题越来越受关注。

采用有限元法，数值模拟混凝土水化热实际工程，与实测试验进行比较和分析，探索一条经济、合理而又高效的混凝土水化热产生温度应力的预测方法。

通过数值仿真与现场监测结果对比分析显示，在混凝土水化热反应过程中，混凝土体内部温度变化成高度非线性，仅通过试验来评估温度应力裂缝控制方案，难度大而确定性和可靠度低；有限元仿真大体积混凝体水化热产生温度应力，仅存在较小的误差，仿真结果较为可信；且当控制方案不满足要求时，可根据上次仿真结果分析，找出不满足要求的关键因素，从而有针对性的提出优化和改进方案。

关键词：大体积混凝土；水化热；温度应力裂缝；有限元法；仿真技术0 引言为适应我国经济的快速增长，每年新建的超高层、大跨度建筑结构在不断增加，为满足上部结构承载要求，往往使用更大体积和更高强度钢筋混凝土，对建筑成本、施工工期、施工质量等提出更高要求，如：2004年北京电视中心工程综合业务楼[1]，建筑物高度达到259m，地下结构采用钢骨架钢筋混凝土结构和钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础长88.2m，宽77.45m，底板厚度达到2m，混凝土浇灌量巨大，并且施工要求控制成本，降低施工难度，确保基础底板的整体性，即不留设任何施工缝和后浇筑带的情况下一次浇筑成型。

当前，对水泥混凝土材料硬化过程中产生的水化热量的研究已较为成熟[2]，如水泥水化反应主要矿物产生的热量，水化反应随时间变化产生的热量。

温度膨胀和扩散理论也相当成熟，自20世纪30年代修建美国的佛坝开始[5]，混泥土水化热所致温度应力裂缝引起相关学者的极大兴趣，大批量理论成果涌现，典型的有姜忠给出了混凝土浇筑计算体内外温差的计算方法[6]；阮静等[7]对高强度混凝土水化热进行了实时监测和理论分析，比较和分析了高强度混凝土与普通混凝土在绝热温升方面的区别，提出了高强度混凝土的温度控制标准；任铮钺等[8]进行了高掺量粉煤灰混凝土水化热的试验研究，分析了高掺量粉煤灰对混凝土水化热控制的影响，从而减少温度应力裂缝的产生；刘连新等[9]对高性能混凝土水化热试验进行试验研究，认为水泥用量非影响混凝土升温的唯一因素，低水胶比可以明显降低混凝土的总水化热。

大体积混凝土浇筑温度场的仿真分析

收稿日期:2004202211.作者简介:陈应波(19662),男,副教授;武汉,武汉理工大学土木工程与建筑学院(430070).基金项目:湖北省科技攻关项目(K 200332).大体积混凝土浇筑温度场的仿真分析陈应波1　李秀才1　张　雄1(1.武汉理工大学　土木工程与建筑学院,湖北　武汉　430070)摘　要:在有限元程序AN SYS 的通用平台上,通过参数设计语言(A PDL )以及多种AN SYS 内部函数,编制宏命令来控制AN SYS 程序对巴东长江大桥承台大体积混凝土的浇筑温度场进行仿真分析,并将计算结果与实测结果进行了比较,结果显示所建立的有限元分析模型可以较好地仿真实际混凝土温度场.关键词:大体积混凝土;　温度场;　仿真;　AN SYS中图分类号:TU 377:T P 391.9 文献标识码:A 文章编号:167227037(2004)022******* 大体积混凝土广泛用在大坝、大跨度桥梁和高层建筑等结构的主要受力部位,由温度而引起的大体积混凝土结构裂缝以及裂缝的开展日益受到土木及水利等工程界人士的重视.国际坝工委员会(I COLD )1988年对大坝工作状态的调查报告显示:世界各国已建成的混凝土坝绝大多数或多或少存在温度裂缝,在遭受灾难性破坏的243座混凝土坝中,有30座是由温度问题引起的.温度荷载是大体积混凝土结构的一个重要而复杂的荷载.因此,只有充分掌握混凝土温度场的变化规律才能有效防止裂缝的产生.1　工程概况巴东长江大桥是湖北省恩施自治州的一座特大型桥梁,主跨为388m 的双塔双索面预应力混凝土漂浮体系斜拉桥,北岸引桥为简支梁式桥.桥梁布置为简支T 型梁(4×40)m +PC 斜拉梁桥(40+130+388+130+40)m .桥梁全长900.5m ,桥面宽19m .该桥承台为大型承台,尺寸为39m ×24m ×6m ,体积为5616m 3.设计采用C 30泵送混凝土,2002年两次浇筑完成(表1)[1].表1　承台施工情况分层层高 m施工时间持续时间 h 间隔时间d 133月4日73.5-233月12日845 根据承台对称性特点,测点布置在承台1 4范围内,同时检测大气温度和混凝土浇筑温度.温度传感器为PN 温度传感器,温度检测仪采用PN -4C 型数字多路巡回检测控制仪,温度传感器分六层布置(图1和图2).在混凝土温度峰值出现以前每2h 观测一次,峰值出现后,每4h 观测一次,持续5d ,转入每天测2次,直至基本稳定,每次检测完成后及时填写混凝土测温记录表.图1　测温点承台立面图mm图2　测温点承台平面图 mm2004年6月　J.of HU ST.(U rban Science Editi on )Jun .20042　温度场仿真的实现大体积混凝土浇筑温度场仿真的实现,关键是创建一个由A PDL语言和AN SYS内部函数的宏,它首先要能正确反映每个增量步中各种时变参数的变化规律;其次要求真实模拟施工过程中结构的逐步增长,相应的计算模型和边界条件逐渐改变的情况;还要考虑施工环境和施工措施的逐渐改变等.在计算的过程中主要通过运用单元的生与死和宏命令来实现各项参数即边界条件和初始条件的变化.首先杀死所有单元组,再通过单元组的激活表示一个浇筑层的完成,并记下混凝土的龄期,同时以循环过程来实现顺序浇筑过程的仿真.在温度场的计算过程中,水泥的水化热作为主要温度载荷施加在已激活的各个节点上.承台混凝土的浇筑温度场是瞬态的和有内热源的,主要的传热方式为热传导和热对流.因热辐射影响较小,忽略不计.根据实际施工状况,模拟实际对流和热生成情况,施加荷载,确定边界条件.边界上存在着空气和混凝土的热对流,属于热传导方程的第三类边界条件.其边界条件可以作为面荷载施加于实体的外表面,计算固体与流体的热交换.混凝土生热率作为体载施加于单元上,模拟化学反应生热,其单位是单位体积的热流率.因为水化热的生成主要是水泥水化的自生热,取水泥水化热的热生成公式为Q(Σ)=Q0(1-e-mΣ),其中,Q(Σ)为在龄期Σ时的累积水化热;Q0为Σ→∞时的最终水化热;m为随水泥品种、比表面及浇筑温度不同而不同的常数[2].求导公式,即可得出水泥水化热的生热率.3　温度场计算与结果分析[3]图3为巴东长江大桥承台大体积混凝土的计算模型,此模型共分为三层,第一层混凝土为桥墩简化为同尺寸的大体积混凝土,其余两层以不同的颜色显示不同的浇筑层.在温度场分析中,每层浇筑层Z方向的四个面和每层的浇筑面是散热面,其它的面为绝热面,由室内实验可得混凝土的热力学性能和物理力学性能参数(表2).由于实验室测定的热力学参数与现场实际情况存在一定的差异以及现场测试的误差,导致了仿真计算结果和现场测试结果的差异,但是两者图3　计算模型表2　仿真计算参数表指　标　名　称混凝土导温系数a m2・h-10.0045导热系数Κ kJ・(m・h・℃)-110.84比热c kJ・(kg・℃)-11.05放热系数Β kJ・(m・h・℃)-127.34密度Θ kg・m-32400水化热 kJ・m-389775(1-e-0.5t)混凝土初温 ℃18 21空气温度 ℃18温度的总趋势基本上是一致的.从图4和图5对比可以看出,仿真计算结果和现场测试结果所拟合的两条曲线比较吻合,所以采用有限元仿真分析温度场是可行的.图6和图7分别为1 4承台的内截面25d和40d的温度云图.从图上可知,由于水化热的作用沿厚度方向中心位置温度升高到46.062℃和40.484℃,而边界上散热较快,温度接近气温.由表3可知,混凝土测点温度最大值的计算误差平均为6.3%,计算误差皆不大.因此,所建立的有限元分析模型可以很好地仿真实际混凝土温度场,为温度控制提供依据.表3　仿真结果与实测结果对比℃最高温度第一层第二层第三层第四层第五层第六层测试值43.050.944.852.351.151.8计算值46.155.647.956.553.453.1图4　第二层测点4温度历程图・83・华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版) 2004年图5　第四层测点4温度历程图图6　25d内部温度云图图7　40d 内部温度云图参考文献[1]　霍凯成,史凤香.巴东长江大桥承台大体积混凝土温度控制[J ].岩土力学,2002,23(增刊):2382240.[2]　朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M ].北京:中国电力出版社,1999.[3]　李秀才.大体积混凝土开裂机理与仿真研究[D ].武汉:武汉理工大学土木工程与建筑学院,2003.M a ss Concrete Si m ula tion and Ana lysis for Tem pera ture F ield D ur i ng Pour i ngCH EN Y ing 2bo 1　L I X iu 2ca i 1　ZH A N G X iong1(1.Schoo l of C ivil Eng .&A rch itectu re ,W U T ,W uhan 430070,Ch ina )Abstract :B ased on AN SYS p rogram ,the m acro file ,w h ich can si m u late the tem p eratu re field of the B adong Yangtze R iver B ridge p ile 2cap ,is com p iled by u sing AN SYS Param etric D esign L anguage(A PDL )and m any in ternal functi on s of AN SYS .T he com p u tati onal resu lts are com p ared w ith the exp eri m en tal resu lts ,w h ich show that the fin ite elem en t m odel is co rrectly set to si m u late the tem p eratu re field of the concrete in p ractice .Key words :m ass concrete ;tem p eratu re field ;si m u lati on ;AN SYS・93・第2期陈应波等:大体积混凝土浇筑温度场的仿真分析。

大体积混凝土温度应力和收缩应力的分析

大体积混凝土温度应力和收缩应力的分析在大体积混凝土浇筑前，根据施工拟采取的防裂措施和已知施工条件，先通过计算估计可能产生的最大温度收缩应力，如不超过混凝土的抗拉强度，则表示所采取的施工措施能有效的控制和预防裂缝的出现。

现结合本工程实际情况，对塔楼部位底板厚度2.2m ，C45P8混凝土进行表面与内部温差、裂缝控制的计算。

1、混凝土的绝热温升值()c h m K F QT c ρ+⋅=⋅根据混凝土搅拌站资料掺外加剂和掺合料的C45、P8配合比如下：主审批的意见确定实际配合比和各原材料产地、品牌。

）式中：h T -混凝土最大绝热温升（℃）；c m -混凝土中水泥用量（3kg m ）；F —混凝土活性掺和料用量（3kg m ）；K —掺和料折减系数。

粉煤灰取0.25～0.3；取0.3；Q —每千克水泥水化热量（kJ/kg ），42.5#普通水泥取375kJ/kg ； c —混凝土的比热，一般由0.92～1.00，取0.97（kJ/kg •K ）； ρ—混凝土的质量密度，取2400kg/m 3 C45混凝土计算值：()03950.34037565.60.972400h T C+⨯⨯==⨯2、混凝土中心温度计算混凝土块体的实际温升,受到混凝土块体厚度变化的影响,因此与绝热温升有一定的差异。

水化热温升与混凝土块体厚度有关的系数ξ值参见下表。

混凝土中心计算温度：1()()t j h t T T T ξ=+⋅ t h T T ξ=⋅式中: T 1(t)—t 龄期混凝土中心计算温度（℃）T j —混凝土浇筑温度,取15℃ T t —混凝土不同龄期的绝热温升 Tmax —混凝土最高绝热温升ξ—不同龄期水化热温升与混凝土厚度有关值不同龄期水化热温升与混凝土厚度有关系数ξ值：不同龄期的绝热温升t h （℃）：1()max t j t T T T T ==+式中：T max —不同龄期混凝土中心最高温度；T j —混凝土浇筑温度，根据资料取15℃； T t —不同龄混凝土温升。

大体积混凝土温度及应力场仿真分析

ｆ１．ＳｈａｎｇｈａｉＴｈｉｒｄＨａｒｂｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＣＣＣＴｈｉｒｄＨａｒｂｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｄｉａｂａｔｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｄａｔａｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｗｅＣａｌＴｙｏｕｔａｗｈｏｌｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｏｆｍａｓｓｃｏｎｃｒｅｔｅｄｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｔｈｅＰｉｎｇｈａｉＢａｙ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒｐｉｐｅｏｒｎｏｔ，ｗｅｋｎｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒｐｉｐｅｉｓｏｂｖｉｏｕｓ，ａｎｄｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｉｎｓｉｄｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ，ｐｒｅｖｅｎｔｃｒａｃｋｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙ．

大体积混凝土温度应力场变化分析

ｍａｓｓｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄｂｏｕｎｄａｙｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｌｅｄｔｏｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｅｆｌｄｉｓｔｈｅｃｏｒｅａｎｄｋｅｙｆａｃｔｏｒｏｆｍａｓｓｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｕｃｒｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏ１．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｕｍｅｉｃｒａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｉｎｒｇａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ，ａｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ
保证水泥水化放热能够及时散出，为有效控制大体积混凝土灾害温度应力场的产生和温度裂缝提供理论支持，其结果可为类似的大体积混凝土工程提供借鉴参考。
关键词：大体积混凝土；温度场；温度应力；有限元；数值分析

大体积混凝土浇筑温度场的仿真分析

大体积混凝土浇筑温度场的仿真分析在现代建筑工程中，大体积混凝土的应用越来越广泛。

然而，由于其体积较大，在浇筑过程中水泥水化热的释放会导致混凝土内部温度显著升高，与表面形成较大的温差。

这种温差可能会引起混凝土的开裂，从而影响结构的安全性和耐久性。

因此，对大体积混凝土浇筑温度场进行仿真分析具有重要的意义。

大体积混凝土的特点是结构厚实、混凝土量大、工程条件复杂。

在施工过程中，水泥水化反应产生的热量在混凝土内部积聚，难以迅速散发，导致内部温度升高。

而混凝土表面与外界环境接触，散热较快，从而形成了温度梯度。

这种温度梯度会在混凝土内部产生温度应力，如果超过混凝土的抗拉强度，就会引发裂缝。

为了准确模拟大体积混凝土浇筑过程中的温度场变化，需要考虑众多因素。

首先是混凝土的热物理性能参数，如导热系数、比热容和密度等，这些参数会直接影响热量的传递和分布。

其次是浇筑工艺，包括浇筑速度、分层厚度和浇筑间歇时间等，它们会影响混凝土内部热量的产生和散发。

此外，环境条件如气温、风速和养护方式等也对温度场有着重要的影响。

在进行仿真分析时，通常会采用有限元法或有限差分法等数值计算方法。

以有限元法为例，首先需要将大体积混凝土结构离散为有限个单元，并建立相应的热传导方程。

然后，根据实际的施工条件和边界条件，确定初始温度和热交换条件等参数。

通过数值求解这些方程，可以得到混凝土在不同时刻和位置的温度分布。

假设我们有一个大型基础底板的大体积混凝土浇筑工程。

混凝土的配合比为水泥：砂：石子：水＝ 1 ： 17 ： 30 ： 05，水泥用量为 350 kg/m³。

浇筑时的环境温度为 20°C，风速为 2 m/s。

采用分层浇筑的方式，每层厚度为 05 m，浇筑间歇时间为 2 小时。

通过仿真分析，可以得到在浇筑后的不同时间，混凝土内部的温度分布情况。

在浇筑初期，由于水泥水化热的集中释放，混凝土内部温度迅速上升。

在中心部位，温度可能会达到 70°C 甚至更高。

大体积混凝土温度和收缩裂缝分析与防治

文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2012）13-0072-01
0 引言
水质污染对农村影响是多方面的，最直接影响主要包括两个方
实现运输高速化是我国铁路发展的重要战略目标，高速铁路的面，一是由于水质污染造成的经济损失，包括对水源、渔业、农业、旅
高速发展正是该战略的体现。然而，在高速铁路如火如荼发展的同游业的损失；二是由于土壤污染所造成的经济损失，包括作物产量
会对农民的农村房屋建筑造成一定的损害。
受影响的通信设施的架设。
1.2 大气污染高速铁路现在主要采用电力牵引和内燃牵引模
2.3 水质污染防治对策农村不论是生活用水、灌溉用水均源
式。内燃机车是直接把产生的废弃排放到大气当中，对大气产生巨自地下水，如果施工废水、生活污水直接排放，最后要么被农民用于
形问题，以最大限度减少开裂”。前苏联规范规定“：当混凝土在施工在标准试验状态下混凝土最总收缩的相对变形值，取 3.24×10-4；M1
期间被分为若干独立的混凝土构件时，要确定单独构件在水化作用 ·M2·M3 …M11 为考虑各种非标准条件的修正系数。结合式（2）可以下的温度问题的一类混凝土”。我国虽对大体积混凝土无统一规定，分析控制混凝土的收缩裂缝，应从混凝土强度等级、水泥品种、水灰
其中胶凝材料水化热总量应在水泥、掺合料、外加剂用量确定工程量，做到合理安排施工流程及机械配置，调整浇筑时间。以夜间
后根据实际配合比通过实验得出。由于混凝土是热得不良导体，这浇筑为主，避免白天暴晒，降低混凝土的热量。②在混凝土内部预埋
些热能不能及时被释放出去，从而在混凝土构件内部聚集，造成混管道，进行水冷散热。降温速率遵循“前期大后期小”的原则。因为养

大体积混凝土施工温控措施及结果分析

大体积混凝土施工温控措施及结果分析一、大体积混凝土施工中的温度裂缝成因在探讨温控措施之前，我们先来了解一下大体积混凝土施工中温度裂缝产生的原因。

大体积混凝土在浇筑后，水泥会发生水化反应，释放出大量的热量。

由于混凝土的导热性能较差，内部热量难以迅速散发，导致内部温度迅速升高。

而混凝土表面与外界环境接触，散热较快，形成较大的内外温差。

当温差超过一定限度时，混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。

当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。

此外，混凝土的收缩也是导致裂缝的一个重要因素。

在混凝土硬化过程中，会发生化学收缩和干燥收缩。

收缩受到约束时，也会产生拉应力，从而引发裂缝。

二、大体积混凝土施工中的温控措施为了控制大体积混凝土的温度裂缝，施工中通常采取以下温控措施：1、优化混凝土配合比选用低水化热的水泥品种，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等；减少水泥用量，适当增加粉煤灰、矿粉等掺合料的用量；控制骨料的级配和含泥量，选用粒径较大、级配良好的骨料；添加缓凝剂、减水剂等外加剂，延缓混凝土的凝结时间，减少水化热的集中释放。

2、降低混凝土的入模温度在混凝土搅拌前，对骨料进行洒水降温，避免阳光直射；在搅拌水中加入冰块，降低水温；选择在气温较低的时段进行浇筑，如夜间或清晨。

3、分层浇筑采用分层浇筑的方法，每层厚度不宜过大，以便混凝土内部的热量能够及时散发。

分层浇筑还可以减少混凝土的一次浇筑量，降低水化热的集中释放。

4、埋设冷却水管在混凝土内部埋设冷却水管，通入循环冷却水，带走混凝土内部的热量。

冷却水管的布置间距和管径应根据混凝土的体积、浇筑厚度等因素进行合理设计。

5、加强保温保湿养护混凝土浇筑完成后，及时覆盖保温材料，如塑料薄膜、草帘等，减少表面热量散失。

同时，进行保湿养护，保持混凝土表面湿润，防止混凝土因干燥收缩而产生裂缝。

养护时间应根据混凝土的性能和环境条件确定，一般不少于 14 天。

6、加强温度监测在混凝土内部和表面埋设温度传感器，实时监测混凝土的温度变化。

大体积混凝土施工过程中的温度场监测及仿真分析

作者简介：张学伟（８一，，１６）男硕士研究生。９作者地址：上海市江杨南路１４号（０３）６６２４１０。收稿日期：０２０ —１２１— ３９
根据以上原则以及本工程底板的形状，混凝土底板总
共布置８根测温轴（２）每根测温轴沿轴竖向布置了问图，
张学伟
高健
夏飞
黎奎奎
上海２０３０４１
上海建工集团股份有限公司技术中心
摘要：用全数字式测温系统及温度传感器，对底板大体积混凝土施工过程中内部温度场的发展趋势进行了实时监采测，同时选取具有代表性测温轴上若干测点研究其温度一间变化曲线。并运用有限元分析软件对混凝土内部温度场时进行仿真模拟计算，在与实测值比较分析后，得出了计算曲线能够很好的模拟大体积混凝土内部温度场发展走势的结
生不同程度的裂。因此规范规定，凝土浇筑时内外混
温差不宜超过２】５ｃ。Ｃ
材料名称
水泥
表１Ｃ３５混凝土的配合比
品种规格
ＰＯ．２．４５
密度／ｋ／配合比（ｇ）ｍ
ｌ５８１
备注
矿粉粉煤灰水砂子
石子
￥５９ＦＩ —Ｉ饮用中砂
５２－５
１７【）８２ｌ４８７７４
１５８０
Ｏ３＿７Ｏ８－２Ｏ３．６２６．５