环境温湿度对大体积混凝土影响的数值模拟分析

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1、第28卷第8期长江科学院院报VoI．28No．82011年8月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteAug．2011文章编号：1001—5485(2011)08—0035—06环境温湿度对大体积混凝土影响的数值模拟分析刘志勇(徐州工程学院土木工程学院，江苏徐州221008)摘要：环境温湿度的变化及其在大体积混凝土结构中产生的影响不容忽视，对于温度场、温度应力场、湿度应力场，尤其是整体结构应力场的分析，是工程中非常关注的问题。为此，选取理想的球形大体积混凝土结构，仅考虑环境温、湿度的影响，用ANSYS软件依次对该结构

2、的温度场、温度应力场及湿度应力场进行数值模拟，然后将模拟得到的温度应力场与湿度应力场叠加，得到整体应力场，并对模拟结果进行分析和总结。通过对应力场的数值模拟分析，可对大体积混凝土浇筑后裂缝的开展有一定的预见性，对制订温控措施有一定的指导意义。关键词：环境温湿度；大体积混凝土；温度场；温度应力场；湿度应力场；数值模拟中图分类号：TV315文献标识码：A大体积混凝土裂缝主要是由应力和约束条件引在进行瞬态热分析时，选取的热分析单元类型为起的，且应力是主动因素，约束是被动因素，而大体积三维SolidT0单元。}昆凝土的导热系数取3．2457混凝土的应力又主要是由环境温湿度的变化引

3、起的，W／(in·oC)，考虑到采用有限元方法计算不同龄期因此，要研究环境温湿度对大体积混凝土裂缝的影响温度场时，龄期不是以S而是以d为单位的，所以A=规律，只需研究环境温湿度对大体积混凝土应力的影3．2457W／(in·oC)=3．2457J／(S·1TI·oC)=响规律¨J。为此，本文只考虑主要的影响因素——280．43kJ／(d·1TI·oC)；密度P取2400kg／in；比环境温湿度的变化，不考虑重力、分层浇筑和边界约热c取0．976kJ／(kg·oC)；混凝土与空气之间的对束的影响，对理想的球形大体积混凝土仅在环境温湿流换热系数h取2016kJ／(d·m2·)。

4、度的影响下产生的应力进行数值模拟与分析。在进行结构的热应力分析时，选取的结构分析单元类型为三维Solid65单元。混凝土的泊松比取1有限元建模及边界条件40．167；混凝土热膨胀系数O／取0．75×10。。／oC；混凝土不同龄期的弹模E由以下公式选取，以中心对称半径为3．6in的球形大体积混凝土E(t)=2．92×10m×『1一exp(一0．40t)]。体为基础，建立有限元分析模型。由于是球体，所以为方便研究环境温湿度对大体积混凝土温湿度采用四面体单元，进行自由网格划分，共划分了833应力的影响规律，不考虑分层浇筑对混凝土温湿度个节点和3855个单元，建立的有限元模型见图

5、1。应力的影响。参考温度取混凝土的浇筑温度，假设为25．3qC，即混凝土的膨胀与收缩都是以25．3℃为参考点，高于25．3oC膨胀，低于25．3℃收缩。整个混凝土体的球面上均存在空气和混凝土的热对流，属于热分析中的第3类边界条件，对流边界条件可以作为面荷载(具体输人参数为对流换热系数和环境温度)施加于实体的表面，来计算固体和流体间的热交换。利用ANSYS软件提供的函数功能可以简便地设定水泥的生热率函数为图1有限元分析模型t)：m·Q0·e～=m·m·Q·e一=Fig．1FEMmodel0．384×311×330×e-0．收稿日期：2010．08—23基金项目：江苏省建设系

6、统科技指导项目(JS2008ZD06)作者简介：刘志勇(1977一)，男，河南淮阳人，讲师，工程师，博士研究生，主要从事建筑材料与结构工程方面的研究，(电话)13776786716(电子信箱)zhiyongliu2000@163．corn。36长江科学院院报式中：m为水化系数；Q。为每1Tt。混凝土的最终水仅提高2℃左右，提高的幅度仅为环境温度提高幅化热(kJ／m)；m为每m混凝土中的水泥用量度的13．3％，为了从理论上解释，称这种现象为环境(kg／m)，此处为311kg／m；Q为每kg水泥的最终温度对混凝土体内部温度影响的“弱化效应”。图2中还表明，8d之后温度均开始下

7、降，下降的速率都水化热(kJ／kg)，普通硅酸盐水泥在一oo时，最终逐渐减小，环境温度低的比环境温度高的下降速率的水化热Q一般取330kJ／kg。快，最终有下降到各自环境温度的趋势。温差历程水化系数m随混凝土的浇筑温度不同而不同，曲线表明，从开始到最后，中心点温度差值是一直在浇筑温度25．3℃时m取0．384，将生热率作为体荷增加的，最终有增加到环境温度差值的趋势。这主载施加于单元上，模拟水泥的化学反应生热。确定要是由于混凝土是热的不良导体，外界环境温度影总计算时间为60d，每1d计算一次，子步长为1d，响混凝土中心区域比较慢