【FEA 精】水化热分析

• 固定温度
•
固定温度边界——固定温度边界条件意味着该边界处的温度
为恒定值，不随时间发生变化，该边界处输入的温度会一直不变
•
绝热边界——输入DX，DY对称边界的部分。不输入与外界的
热传递关联数据时，自动认为是绝热边界。仅单元内部进行热传递，
不对外散热
•
对流边界（热传导边界）——通过对流系数定义各时刻与外
水化热分析分类
• 水化热分析主要分为热传导分析和热应力分析 • 热传导分析主要计算水泥的水化过程中发热、传导、对流等引起
的随时间变化的节点温度 • 热应力分析主要是将得到的节点温度作为荷载加载后，计算得到
随时间变化的热应力 • 如果温度分布没有问题可说明输出的应力结果也是正确的
材料特性（单位：N、m）
水
热传导率 (W / m ·°C) 1.7 ~ 5.2 2.6 ~ 2.8
比热 (kJ / kg ·°C) 0.71 ~ 0.88 1.05 ~ 1.26
4.186
热工系数
地基 C30 C45
热传导率 (W / m ·°C) 3.45 2.7 2.7
比热 (kJ / kg ·°C) 0.784 1.176 1.176
混凝土水化热分析
一、概要
浇筑混凝土时，水泥在水化过程中产生大量热量会使混凝 土的温度升高。虽然随时间的推移混凝土的温度会慢慢冷却，但 结构各个位置的温度下降速度不均匀，结构不同位置将发生相对 温差，此温差会使混凝土发生温度应力。
温度裂缝产生类型
混凝土内部不同的温 度分布引起的不同的 体积变化而导致的应 力称为内部约束应力
温度
前视图
对流边界3定义
前视图 左视图
固定温度
前视图 左视图
管冷1
前视图
管冷2
前视图
管冷预览
定义水化热施工阶段
阶段1
阶段2
单元
地基 ¼ 承台-1
¼ 承台-2
边界
固结 对称约束1 对流边界1 对流边界2
定温度
固
对称约束2 对流边界3（钝化对流边界2）
Fra Baidu bibliotek
荷载
管冷1
管冷2
阶段1
阶段2
分析工况
四、查看结果
序列号 名称
弹性模量 泊松比 膨胀系数 重量密度
1
地基
1e7
0.2
2
C30
3.0e10
0.2
3
C45
3.35e10
0.2
1e-5
26000
1e-5
24517
1e-5
24517
时间依存材料特性
• 徐变/收缩特性
•
徐变计算：一般的水化热分析里均使用弹性模量折减方法，
这种方法是假设发生徐变，然后折减混凝土弹性模量的简易计算
定义强度发展
定义地基岩土材料
定义承台混凝土材料
定义3D特性
低阶单元 高阶单元
约束>固结
前视图 左视图
约束>对称约束1
前视图
约束>对称约束1
左视图
约束>对称约束2
前视图
约束>对称约束2
左视图
热传递分析
热源定义
热源定义
对流函数 环境温度函数
对流边界1定义
前视图
左视图
对流边界2定义
方法
时间依存材料特性
• ACI规范规定：抗压强度特性（单位：N、m）
序列号
名称
抗压强度
1
C30
2
C45
3.0e7 4.5e7
a
b
4.5 0.95
4.5 0.95
二、热传导分析
• 材料的热特性数据
•
模型单元内的热传导由比热和热传导率确定；单元外的散
热由对流系数来确定
• 一般岩体和混凝土的热工系数
岩体 混凝土
部交换的热量。对于不同的模板输入不同的对流系数
对流系数
名称 钢模板 模板 外部接触面
对流系数(W / m2 ·°C) 14 6 13
三、建立模型
线框尺寸
-8.8
6.4 4 -5.6 (0,0)
线网格尺寸控制
3
10
4
14
映射网格k线面
延伸网格
6 0.3 6 0.3
4 -0.6
定义收缩徐变特性
混凝土在高温状态下 温度下降会发生收缩， 但受到与其接触的已 浇筑混凝土或者地基 等的约束而产生的拉 力，像这样变形受外 部边界约束的状态称 为外部约束
利用温度裂缝指数预测温度裂缝
裂缝指数(i) =
混凝土抗拉强度 发生的温度应力
防止裂缝发生：1.5 以上 限制裂缝发生：1.2 ~ 1.5 限制有害裂缝发生：0.7 ~ 1.2