混凝土底板温度及温度应力影响参数分析

混凝土底板温度及温度应力影响参数分析

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1、东北电力大学学报第29卷第6期JournalOfNortheastDianliUniversityVo1.29.No.62009年12月NaturalScienceEditionDec..2009文章编号:1005—2992(2009)06—0011—04混凝土底板温度及温度应力影响参数分析侯景鹏,刘立军,陈晨(东北电力大学建筑工程学院,吉林吉林132012)摘要:借助参数化设计语言(APDL)分析了水泥品种及标号、结构尺寸、外界约束对混凝土底板温度及温度应力的影响。结果表明:与普通硅酸盐水泥525相比,普通硅酸盐水泥425、矿渣水泥425可使底板最大拉应力分别减

2、低约21%、37%;底板平面尺寸增大,压应力几乎保持不变,拉应力增大,发展较为平缓;底板厚度越大,出现最高温度的龄期越晚,底板降温时持续高温时间更长,且温度应力随厚度增大而增大。关键词:混凝土底板;水泥品种;结构尺寸;外部约束;温度应力中图分类号:TU528文献标识码:A0引言工程实际中,混凝土底板温度场及温度应力分析比较复杂,受气候条件、外部约束、结构形式、施工工艺、材料特性等多种因素的影响⋯。混凝土底板在浇筑、养护过程中,水泥水化热不易散发,使内部温度急剧升高,体积膨胀,由于地基以及其它约束的限制,膨胀不能自由进行,混凝土内产生压应力;混凝土冷却凝固时,随着混

3、凝土温度逐渐降低,底板体积随之冷缩,底板中在抵消压应力后会逐渐产生较大的拉应力。一旦拉应力超过混凝土同龄期抗拉强度时,结构内部产生裂缝,影响底板的工作性能、整体性和耐久性,给结构安全带来隐患。分析不同因素对混凝土温度场及温度应力的影响可以为温控防裂提供有效的依据和参考。1水泥品种及标号的影响1.1水泥品种及标号水泥水化热是影响混凝土底板内部温度变化及温度应力的重要因素之一。水泥水化热是造成温度升高的直接原因,而水化热主要取决于水泥矿物成分。不同品种水泥,矿物成分不同,水化热也就不同J。水泥水化热可采用公式(1)表述:Q(丁)=Q。[1一exp(一0)](1)式中:

4、Q()为下时的水化热,kJ/kg;Q。为.r—oo时最终水化热,kJ/kg;~-为龄期,天,口、b是表征水收稿日期:2009—10—15作者简介:侯景鹏(1973一),男,副教授,博士,主要从事混凝土结构研究l2东北电力大学学报第29卷泥水化放热速率的常数,随水泥品种不同而变。取底板尺寸为60m×60m×2m,地基为180m×180mX10m,借助有限元软件ANSYS对混凝土底板温度场及温度应力进行计算。由于对称性,取四分之~区域作为计算域。温度场分析时采用热单元SOLID70;温度应力采用结构单元SOLID45,进行普通硅酸盐525、普通硅酸盐425、矿渣水泥4

5、25的混凝土底板的计算。1.2计算结果及讨论其它条件(混凝土导热系数、比热、环境温度、初始温度等)相同的情况下,混凝土底板内部中心点温度随龄期的变化见图1。普通硅酸盐525的混凝土内部温度最高,达63.7℃,比普通硅酸盐425高2℃一3℃,比矿渣425水泥高近10℃;矿渣425水泥底板中心点出现最高温度的龄期最晚。拉应力是在混凝土降温冷缩受到约束产生的。普通硅酸盐525在第l0天出现最大拉应力,达到2.45MPa,而矿渣水泥第13天出现最大拉应力,其值为1.55MPa,普通硅酸盐425介于两者之间,在第12天出现最大应力。与普通硅酸盐525相比,矿渣水泥420罐最

6、大拉应力减低约37%,普通硅酸盐425最大拉应力减低约21%。三者最大压应力有类似的规律。2底板平面尺寸的影响龄期(天)图1中心点温度2.1平面尺寸与温度应力混凝土底板平面尺寸对温度及温度应力的影响目前只局限于一些经验性的认识,相关数值分析的研究较少。底板厚度取2m,平面尺寸分别为10m×10nl、20m×20nl、3011"1×30nl、⋯、120m×120m进行计算,分析底板平面尺寸对混凝土温度场及温度皇应力的影响。2.2计算结果及分析计算结果表明:尽管平面尺寸不同,但底板内部中心点温度随龄期的变化基本一致,平面尺寸的变平面长度(x10m)化在一定的范围不影响

7、温度的变化。图2应力随平面尺寸变化混凝土底板温度应力随平面尺寸的变化见图2,平面尺寸的增大,最大压应力并不随之改变,大小为7.19MPa左右。拉应力随着平面尺寸增大而增大,发展较为平缓。3底板厚度的影响3.1底板厚度与温度应力水泥水化热主要沿着底板厚度方向散发,而混凝土是~种导热性较差的材料,厚度的增大,内部积聚大量水化热不易散发,使混凝土内部产生温差,从而产生温度应力⋯。平面尺寸为60m×60ltll,厚度分别取1m、1.5m、2m、2.5m、3IT/、3.5IT/、4//1、4.5m、5m,分析底板厚度对其温度场及温度应力的影响。第6期侯景鹏等:混凝土底板温度

8、及温度应力

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