大型泵站底板集水井层混凝土温度与应力仿真

以南水北调东线工程睢宁二站为例,建立了泵站整体混凝土温度应力三维有限元分析模型,运用非线性有限元软件adina分析其混凝土底板冬季施工期温度和应力变化规律与开裂机理,研究了表面保温措施对底板混凝土温度和应力的影响。结果表明,草垫养护保温措施降低了冬季施工期泵站底板混凝土的内外温差,减小了混凝土表面拉应力,防止了表面裂缝的产生。

大体积混凝土的广泛使用，以及混凝土结构中温度裂缝的产生，使工程技术人员越来越关注早期混凝土热学和力学性质，以便能够进一步预测混凝土结构的温度场、应力场和温度裂缝。大体积混凝土分层浇筑过程中温度场的仿真分析有一定的技术难度和复杂性，而利用有限元程序ansys通用平台，讨论模拟混凝土温度场理论上的可行性，为研究仿真计算提供了依据。

根据三维热传导理论,运用有限元软件midas,建立大桥承台大体积混凝土有限元计算模型,对浇筑温度场进行仿真分析,研究了温度场以及温度应力在承台内部分布和随时间变化的规律,并与实测结果进行比较,结果表明仿真分析数据与实测结果拟合较好。

基于有限差分法，对某核电站筏板基础工程的大体积混凝土温度场进行了计算；并在此基础上通过温度应力的计算对此工程大体积混凝土进行了抗裂验算；最后，结合此工程对大体积混凝土的温控措施进行了初步探讨。

16 中国水科院科学技术奖2012年度获奖成果汇编 1.4大体积混凝土温度应力与温度控制 ?简要信息 【获奖类型】理论特等奖 【任务来源】从1955年开始，结合梅山、响洪甸、新安江、古田、刘家峡、小 湾、三峡等数十座混凝土坝设计与施工的实践进行研究 【课题起止时间1995年～2012年 【完成单位】中国水利水电科学研究院 【主要完成人】朱伯芳 ?立项背景 本书作者1951～1957年参加我国第一批三座混凝土坝（佛子岺坝、梅山坝、 响洪甸坝）的设计和施工，这些工程根据当时国外文献的介绍，都采取了与国外 类似的水管冷却等温控防裂措施，但实际上都产生了裂缝。使作者认识到温控防 裂是混凝土坝建设中的一个比较复杂、值得深入研究的课题。 1957年底作者被调到中国水利水电科学研究院，分工担任混凝土高坝研究。 当时已进入水利水电建设的高潮，三门峡、新安江、古田、刘家峡等数

16 中国水科院科学技术奖2012年度获奖成果汇编 1.4大体积混凝土温度应力与温度控制 ?简要信息 【获奖类型】理论特等奖 【任务来源】从1955年开始，结合梅山、响洪甸、新安江、古田、刘家峡、小 湾、三峡等数十座混凝土坝设计与施工的实践进行研究 【课题起止时间1995年～2012年 【完成单位】中国水利水电科学研究院 【主要完成人】朱伯芳 ?立项背景 本书作者1951～1957年参加我国第一批三座混凝土坝（佛子岺坝、梅山坝、 响洪甸坝）的设计和施工，这些工程根据当时国外文献的介绍，都采取了与国外 类似的水管冷却等温控防裂措施，但实际上都产生了裂缝。使作者认识到温控防 裂是混凝土坝建设中的一个比较复杂、值得深入研究的课题。 1957年底作者被调到中国水利水电科学研究院，分工担任混凝土高坝研究。 当时已进入水利水电建设的高潮，三门峡、新安江、古田、刘家峡等数

在水库大坝、电站厂房、船闸等水工建筑物的大体积混凝土浇筑过程中,容易产生裂缝。利用有限元分析方法,对大体积混凝土浇筑过程的温度场进行仿真分析,得出大体积混凝土浇筑过程温度场随时间的变化规律,并与实际浇筑过程中的混凝土温升监测结果进行对比,验证仿真分析的可行性,以进一步优化混凝土浇筑方法和温控措施。

在水库大坝、电站厂房、船闸等水工建筑物的大体积混凝土浇筑过程中,容易产生裂缝。利用有限元分析方法,对大体积混凝土浇筑过程的温度场进行仿真分析,得出大体积混凝土浇筑过程温度场随时间的变化规律,并与实际浇筑过程中的混凝土温升监测结果进行对比,验证仿真分析的可行性,以进一步优化混凝土浇筑方法和温控措施。

大体积混凝土温度应力及其计算

为研究大面积混凝土的温度变形问题，针对地下车库底板和顶板掺与不掺密实剂的c40大面积混凝土，进行了弹性模量试验，利用振弦式应变计和热电偶进行了应变、温度现场实测，进行了温度应力分析。研究表明：混凝土弹性模量随着龄期的增长而增大；混凝土内部的应变均为膨胀，应变随着温度的降低而增大；掺入密实剂后应变显著减小；混凝土内部的应力均为膨胀压应力，比起不掺密实剂的混凝土，掺密实剂的混凝土压应力较小。

关于大面积混凝土温度应力的研究——本文主要阐述施工中多采用部分预应力混凝土框架蛄构，不设或少设仲i骞缝，作者从自己施工中所积累的经验，如何解决、预防此类问题发生。　　

大体积混凝土温度应力计算

大体积混凝土温度应力控制——通过石家庄市槐安路跨南水北调大桥主桥承台大体积混凝土施工经验，总结了控制大体积混凝土温度应力一些具体措施。　　

大体积混凝土温度应力计算 1.大体积混凝土温度计算 1）最大绝热温升值（二式取其一） * *)*( c qfkm tch（3-1） )1( * * ) mtc thec qm t（（3-2） 式中： th——混凝土最大绝热温升（℃）； mc——混凝土中水泥用量（kg/m 3 ）； f——混凝土中活性掺合料用量（kg/m 3 ）； c——混凝土比热，取0.97kj/(kg·k）； ρ——混凝土密度，取2400（kg/m3）； e——为常数，取2.718； t——混凝土龄期（d）； m——系数，随浇筑温度而改变，查表3-2 表3-1不同品种、强度等级水泥的水化热 水泥品种水泥强度 水化热q（kj/kg） 3d7d28d 硅酸盐水泥 42.5314354375 32.5250271334 矿渣水泥32.5180256334

大体积混凝土温度应力计算 1.大体积混凝土温度计算 1）最大绝热温升值（二式取其一） * *)*( c qfkm tch（3-1） )1( * * ) mtc thec qmt（（3-2） 式中： th——混凝土最大绝热温升（℃）； mc——混凝土中水泥用量（kg/m3）； f——混凝土中活性掺合料用量（kg/m3）； c——混凝土比热，取0.97kj/(kg·k）； ρ——混凝土密度，取2400（kg/m3）； e——为常数，取2.718； t——混凝土龄期（d）； m——系数，随浇筑温度而改变，查表3-2 表3-1不同品种、强度等级水泥的水化热 水泥品种水泥强度 水化热q（kj/kg） 3d7d28d 硅酸盐水泥 42.5314354375 32.5250271334 矿渣水泥32.5180256334 表3-

由水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩产生的温度应力,是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。结合某工程无损检测厂房,对大体积混凝土温度进行预测与实测,从而计算温度应力,得出要保证该工程混凝土不产生裂缝,需保证混凝土内外温差小于12℃的结论。

阐述了大体积混凝土温度应力的类型以及形成过程,并对大体积混凝土温度应力的影响因素进行了理论分析,通过工程实例所测数据分析了大体积混凝土温度应力的变化规律.结果表明:温度变化大致可分为温度快速增长、温度快速下降以及温度缓慢下降三个阶段,钢筋应力变化可分为压应力快速增长和压应力缓慢减小直至部分钢筋受拉两个阶段,混凝土内部的钢筋应力曲线与温度呈负相关性变化.

为更好地研究实际工程中坝体裂缝情况、防止裂缝的产生,本文根据热传导理论,对高海拔地区大体积混凝土的温度应力进行有限元仿真计算,结果表明:裸露的混凝土表面极易产生拉应力,从而导致混凝土容易出现表面裂缝,影响坝体安全。这与实际工程中坝体裂缝出现的部位稳合,对工程设计及施工中防止裂缝的产生、保障坝体安全具有重要意义。

港珠澳大桥西岛暗埋段为大体积混凝土结构,施工前必须根据实际工况对大体积混凝土进行温度应力仿真分析计算。通过应用大型有限元软件midas/civil,按照港珠澳大桥岛西岛暗埋段的实际尺寸和施工组织计划建立有限元模型进行仿真分析计算,同时考虑施工阶段、大气温度、养护条件、冷却水管、混凝土配合比等设置计算参数,根据计算结果制定了相应的防裂技术措施,以达到提高结构的承载力和耐久性的目的。

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。

对大体积混凝土温度应力及温度裂缝的研究——本文对大体积混凝土温度应力产生的原因进行了详细分析.并对由其引起的温度裂缝提出了具体的防止指施。同时引用工程实例，表明这些方法和措施具有良好的效果，可确保大体积混毅土的施工质t.

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