大体积混凝土早期温度应力场有限元分析

以经典的热传导方程为理论基础,采用大型有限元程序ansys的热-结构耦合分析方法,对某大坝的温度场和应力场进行了模拟分析和计算,得到了大坝内的最高温度和主应力的分布,为在设计和施工过程中采取有效的防裂措施提供了指导。

大体积混凝土温度应力有限元分析

现行规范对大体积混凝土工程设计已经有了基本规定,但是在工程施工时不能保证按照规定的方法施工就没有裂缝产生,也不能保证没有按照规定的方法施工而产生裂缝。根据热传导基本原理及有限元原理对大体积混凝土结构变形裂缝机理和温度应力的计算进行理论分析,同时考虑徐变干缩等因素对大体积混凝土变形裂缝的影响无疑对结构设计和施工有很好的指导作用。

第38卷第4期 2010年8月 浙江工业大学学报 journalofzhejianguniversityoftechnology vol.38no.4 aug.2010 收稿日期:2009210222 基金项目:四川省教育厅项目基金资助项目(2005a124) 作者简介:苏有文(1970—),男,四川资阳人,副教授,主要从事工程项目管理、工程质量控制与检测等方向的研究,e2mail:suyouwen123@ 126.com. 大体积混凝土施工过程温度应力场监测及有限元分析 苏有文,古　松 (西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳621010) 摘要:大体积混凝土由于水泥水化发热导致混凝土在施工及养护过程中出现升温和降温过程,并在 混凝土表面和内部产生温度差,受到边界条件的约束在混

大体积混凝土由于水泥水化发热导致混凝土在施工及养护过程中出现升温和降温过程,并在混凝土表面和内部产生温度差,受到边界条件的约束在混凝土的表面和内部产生温度应力.大体积混凝土施工中控制温度的本质就是控制温差引起的温度应力.根据某工程的特殊情况,设计了温度测点和温控方案,并对混凝土水化放热公式系数m进行修正,建立了有限元分析模型,分析过程中考虑了混凝土的力学性能随龄期的非线性增长.通过分析,预测了大体积混凝土的温度变化过程及应力分布情况,并与实测数据对比,吻合较好.其成果可为其他类似工程提供参考.

混凝土大坝温度场和温度应力场有限元分析——根据丰满大坝上游水库水温和气温观测资料，建立了大坝上游水库水温和当地气温的回归模型。采用有限元数值计算方法，分析了大坝温度场，研究了混凝土大坝由于气温变化引起的应力场交替变化规律。计算结果表明，有限元...

大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析

大体积混凝土温度场及温度应力的有限元分析

介绍了大体积混凝土温度场及温度应力的计算原理,利用ansys软件对某大体积混凝土的温度场及温度应力进行了有限元数值模拟分析,给出了建议。

大体积混凝土是大型桥梁建设中必须面对并认真解决的新课题。结合厦门海沧大桥大体积混凝土锚碇分层浇筑动态施工过程,基于三维非稳定温度场和徐变应力有限元法,对锚碇施工期和运行期的温度场、温度应力进行了仿真计算。计算中考虑了外界气温的周期变化、太阳辐射、水化生热、浇筑温度、分层厚度、徐变及混凝土弹性模量随龄期变化等因素的影响。仿真结果给出了温度场、温度应力的特性、分布及其随时间变化规律。通过仿真分析,能预测大体积混凝土结构中任一点任何时刻温度、应力及是否会开裂等信息;能细致地进行混凝土结构的防裂研究,客观地评价所制定的施工方案是否合理,提高工程的抗裂能力与安全性;提出相应的温控措施,为类似工程提供参考依据。

公路建设中,尤其是桥梁承台等大体积混凝土的施工过程中,一般采用冷却水降温方式处理由水化热造成的病害,以更好地控制混凝土因水化热引起的开裂.采用有限元模型对混凝土内部降温过程进行模拟,并分析不同冷却水温度下降温方案的优劣,分析结果可为同类工程设计和施工提供参考.

以指数式混凝土水化放热模型为基础,运用分析软件marc建立大体积混凝土三维有限元模型,采用生死单元模拟分层浇筑过程,以#4船坞底板分层浇筑工程为例,计算了7d分层浇筑间歇时间温度场和应力场,并分析了各典型点最大绝热温升和最大主应力的分布及变化规律。

埋设冷却水管的大体积混凝土的温度场变化非常复杂,通过传统方法对其进行分析计算比较困难。依托永定新河特大桥承台的大体积混凝土工程,基于对大体积混凝土温度场构成因素的分析,利用大型有限元软件midas/civil,对桥梁承台大体积混凝土温度场进行预测,仿真模拟计算的温度场与实测值比较接近。

基于混凝土绝热温升数据,对平海湾风电基础承台大体积混凝土在施工过程中的温度应力场进行全程仿真计算。通过对比分析有、无冷却水管条件下承台混凝土结构的温度应力场,说明布置冷却水管效果显著,能有效降低承台混凝土内部最高温度及内、外表温差,以仿真分析结果指导基础承台混凝土的设计与施工,能有效防止混凝土开裂,提高施工质量。

本文运用三维有限元分析软件ansys对大体积混凝土实际施工过程的温度应力场进行了全程仿真计算。以混凝土绝热温升试验结果作为仿真计算依据，计算大体积混凝土的温度场。数值模型中考虑了冷却水管作用，通过对比分析有、无冷却水管条件下混凝土结构的温度应力场，说明了水管冷却作用效果显著，同时根据仿真分析结果指导大体积混凝土设计与施工，有效防止混凝土开裂。

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法——在大体积混凝土应力场计算中，混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关，温度场应力场存在耦合现象．根据温度损伤和温度对徐变的影响，建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式．应用粘...

阐述了混凝土温度场和应力场的有限元仿真计算分析的基本原理,并基于上述理论,以ansys为平台,编制了混凝土三维非稳定温度场和应力场的仿真计算程序,同时通过大量算例验证了程序的正确性。

应用蒙特卡罗随机有限元方法,对大体积混凝土施工过程温度场进行三维有限元仿真计算,由计算所得的随机输出变量(浇筑过程最高温度)和随机输入变量的概率灵敏度分析可知,影响浇筑过程最高温度的主要因素是绝热温升和大气温度,并得到施工过程最高温度的概率分布函数。

为研究汽轮机基础底板的温度裂缝,模拟分析了基础底板早龄期温度场与温度应力,得出底板温度和温度应力的分布情况,对减少温度裂缝有指导意义.测温结果表明,用有限元软件模拟分析混凝土基础底板浇筑后八天内的温度场、温度应力情况.研究结果显示:底板内温度峰值出现在浇筑后第3天,中部温度最高,最高达到73℃,底部为58℃,上部为48℃；底板上表层及底面温度应力均大于混凝土极限抗拉强度,有产生裂缝的风险.

为研究汽轮机基础底板的温度裂缝,模拟分析了基础底板早龄期温度场与温度应力,得出底板温度和温度应力的分布情况,对减少温度裂缝有指导意义.测温结果表明,用有限元软件模拟分析混凝土基础底板浇筑后八天内的温度场、温度应力情况.研究结果显示：底板内温度峰值出现在浇筑后第3天,中部温度最高,最高达到73℃,底部为58℃,上部为48℃;底板上表层及底面温度应力均大于混凝土极限抗拉强度,有产生裂缝的风险.

针对大体积混凝土锚碇施工期温度控制比较困难的问题,基于瞬态温度场和温度应力场有限元仿真计算理论,依托非线性有限元程序ansys,从某大桥大体积混凝土锚碇分层浇筑动态施工过程的实际环境出发,对其施工期和运行期的温度应力进行仿真计算,分析锚碇的温度应力特征。计算中考虑外界气温的周期变化、太阳辐射、水化生热、浇筑温度、分层厚度、边界条件变化、分层浇筑动态施工过程及混凝土徐变和弹性模量变化等因素。计算结果给出了大体积混凝土锚碇特征点温度应力变化曲线以及温度应力场的分布和变化规律等。研究结果表明:施工期,节点温度应力呈压应力升高和降低相互交替出现态势,基础约束范围内的边缘点会出现拉应力,施工结束后,节点温度应力进入呈简谐变化状态,且变化幅值外部大于内部,此后,随着水化热的逐渐散失,加之混凝土徐变的影响,最大温度应力逐渐减小;锚碇内部一般表现为压应力,表面拉应力值相对较大,而早期混凝土抗拉强度小,故锚碇外侧表面有可能出现早期表面裂缝;锚碇顶部混凝土体积相对较小,受环境温度的影响,其侧表面拉应力值相对较大,但未超过抗拉强度;建基面以上基础约束范围内及每一间歇层面,都会出现了拉应力,在设计和施工过程中应值得注意。

结合工程实例，应用现代ｐａｐｆｅ大型软件，对大体积砼基础的温度场及温度应力进行较深入的数值分析，给出了计算与实例值的比较结果，提出了相应的看法，为ｐａｆｅｃ在工程上的应用提供了进一步的实践应用的依据。