壁板状混凝土结构物水化热仿真分析.pdf

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1、器基础与结构工程Fo“n醴馥懿。懿黩8量r拍蠛牲r8蕺辩臻l辩抟镑嘲确骚壁板状混凝土结构物水化热仿真分析孟海港(北京城乡建设集团有限责任公司，北京100067)摘要：针对城市地铁地面出口段U形槽混凝土边墙易出现开裂的问题，通过Midas／Civil有限元计算分析软件对U形槽施工过程混凝土水化热进行仿真分析，以掌握其温度及应力变化规律；并在此基础上对壁板状混凝土结构早期最可能开裂的区域、时段进行了研究，提出控制变形开裂的措施，可为类似地铁工程的施工提供一定的借鉴。关键词：Midas／Civil；U形槽混凝土边墙；水化热；温度应力；开裂；分析中图

2、分类号：TU37512文献标志码：B文章编号：1009—7767(2011)01—0124—04TheHydrationHeatSimulationAnalysisonConcreteWaUStructures现浇大体积混凝土结构，早期易开裂是当前城市地铁工程中的一个普遍问题。早期裂缝往往成为后期宏观裂缝的源头，裂缝的出现除降低混凝土结构承载能力外，还为水和有害介质侵入结构内部提供了通道，从而在很大程度上劣化了混凝土丁程的抗渗性、耐久性甚至危及其安全性㈣。准确地说大体积混凝土结构，是指结构物的整体尺寸已经大到必须采取相应的技术措施来妥善处理温

3、度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。近年来，随着我国城市轨道交通土建工程的蓬勃发展，各种混凝土构件早期裂缝的研究越来越受到人们的关注【5-，州，并取得了较多的研究成果，但对壁板状混凝土结构物裂缝的研究并不多见。本文通过利用Midas／Civil有限元计算分析软件对城市地铁地面出口段U形槽施工过程进行仿真分析．以掌握其温度及应力变化规律，并据此在施工过程中采取相应控制措施，有效防止了温度裂缝的产生，保证了U形槽施工质量。1工程概况某城市地铁地面出口路堑段设计为U形槽结构。U形槽边墙高8．0m，顶宽1．3m，底板厚1．5m(见图1

4、)。U形槽为钢筋混凝土结构，设计混凝土强度等级为C30，U形槽边墙外侧布置的受力主筋为直径28mm的HRB335钢筋，边墙内侧布置的架立钢筋为直径12mm的HPB235钢筋，保护层厚30mm。图1U形槽立面图及侧剖面图(cm)124啼荭投客川盯2011No．1(Jan．)voI．29U形槽分段浇筑．每段长10m，各分段间设2cm宽伸缩缝，缝问用沥青填塞，先施T底板待其达到设计强度后再进行边墙混凝土的浇筑。U形槽边界条件为：顶面、正面及两侧自由；背面填土，底面固定。前期C30混凝土的配合比见表1。表1C30混凝土的配合比质量“蛞·m。3)298

5、．0882-3997．6124．O101．O21．O2425．9百分比，％12．436．741．55．164．2O．81002结构建模2．1模型建立由于U形槽结构具有对称性，只取四分之一U形槽进行建模计算分析，这不仅可以提高建模速度、缩短分析时间，而且也便于查看内部温度分布及应力发生状况。采用实体单元，模型共有节点3036个，单元2898个，定义了2个结构组：底板和边墙。4种类型的边界组：约束条件、固定温度条件、对流条件、对称条件。所建立的模型如图2所示。图2Midas，Civil中的U形槽模型三维立体图及正面图基础与结构工程器筘0瓣啦碟黩《

6、io辩蔽8爱r啦Gture酲ngineerlng表2计算参数表

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10、比热，[kJ·(瞻·℃)。】0．926热膨胀系数1．0×10。5密度／(kN·m。3)24泊松比0．18导热系数／『l(J·水泥用量／(kg·mq)298(m．h．℃)一-】9·14强度发展系数昭4．5，6：o．95对流系数／【l【J‘12热源函数系数K=44．3：A=0．759(m2·h·℃)一l】28d抗压强度／MPa3028d弹性模量／MPa3．0×1∥为了考虑徐变、收缩以及混凝土

11、强度、弹性模量的变化，需要定义时间依存材料特性，对于边墙需要定义混凝土的抗压强度、弹性模量和时间依存关系，并且与相应的结构群进行连接。放热函数是描述}昆凝土水化热过程的放热状态，该模型使用的是普通硅酸盐水泥。并掺加4．2％的粉煤灰，最大绝热温升和导温系数采用了理论值。最大绝热温升K=44．3℃，导温系数A=0．759。将放热函数赋予混凝土。根据前期几段U形槽混凝土浇筑实际情况，采用2个施工阶段来模拟底板、边墙浇筑过程，边墙一次浇筑到顶，并且在底板水化热放热完毕进行浇筑。2．3计算结果及分析1)温度场模拟查看该模型边墙水化热阶段扛80h时温度云

12、图(如图3所示)，可以看到边墙下部中心区域温度最高。根据该U形槽的结构特点，在距底板1m处的部位选取一些特殊节点进行横向温度变化时程分析，在边墙中心部位选取一些竖向