大体积混凝土结构施工中水化热温度场的有限元分析

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1、第33卷第8期V01．33No．8建筑施工BUILDINGC0NSTRUCT10N大体积混凝土结构施工中水化热温度场的有限元分析Finite-ElementAnalysisofTemperatureFieldofMassConcreteHydrationHeatinStructuralConstruction口费舂(上海市第七建筑有限公司200050)【摘要】采用有限元软件对大体积承台水化过程中的温度场和温度应力进行了模拟研究，混凝土中心温度变化的模拟结果与实测数据反映一致；此外，温度应力最大值小于混凝土的抗拉应力，没有出现温度裂缝，这与工

2、程实际相符。经工程实践证明，把有限元分析应用于混凝土配比的选取，来预防施工中出现的温度裂缝是一种行之有效的方法。【关键词】大体积混凝土温度裂缝有限元【中图分类号】TU755，文献标识码B【文章编号】1004—1001(2011}08—0720—030引言1．1瞬态热传导方程混凝土的水化热问题实际上是固体内有热源的传导问随着高层建筑结构及地下结构的发展，大体积混凝土基题，其热传导方程为[1]：础的应用已非常普遍。在大体积混凝土结构施工过程中，采aT取有效的措施控制由温度应力引起的裂缝是保证施工质量f=co＼(Oxz+a+窘a)}+_0a0f_

3、⋯’‘的关键。温度应力是由混凝土内部水化热和外部散热所产生式中c为混凝土比热；A为混凝土导热系数；的温差引起，因此，控制温度裂缝的产生实质上是控制大体为时间；P为混凝土的密度；0为混凝土绝热温升；伪积混凝土的梯度。在工程实践中，主要采取的温控措施有选混凝土内部坐标(x，J，，Z)处的温度。择低水化热的水泥、分层分块浇筑及合理养护等。1．2初始条件与边界条件合理选取温控措施的关键是混凝土温度场的计算，目前由于瞬态热传导方程的解有无数多，因此要确定唯一的主要的计算方法为经验公式法，但该方法未能考虑混凝土内温度场，还需要确定初始条件与边界条件。初

4、始条件由混凝部温度的连续性及其受连续变化的外界气温的影响。现以上土的入模温度确定，边界条件则包括以下3类。海地区某深基坑工程为例进行介绍。初始条件，初始瞬态时温度分布为常数：T(x，Y，z，0)==常数(2)1混凝土温度场的热传导理论第一类边界条件，边界温度7-是时间的已知函数：【作者简介】费春(1979一)，男，本科，工程师。联系地址：上海t)=fit)(3)市延平路121号8楼(200042)。【收稿日期】2011-08—09第二类边界条件，边界热流量是时间的已知函数：为了建立一种方便快捷的水损害评价试验方法，我们在【1]张登良．沥青路

5、[M】．北京：人民交通出版社，1999．分析国内外水损害试验方法的基础上，针对劈裂强度和稳定[2]JTJ052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程【s】．北京：人度两项指标的温度函数进行了对比分析，并在试验研究的基民交通出版社．2000．础上发现两者的温度函数具有相同的变化趋势。据此，我们【3】江苏交通科学研究院．大粒径沥青混合料的研究报告【R】．南京：江提出了用多温度下马歇尔试验判别沥青混合料的抗水损害苏交通科学研究院，2002．性能的方法，该方法实现了快速、便捷的现场检验沥青混合[4]DallasN．LiLLIe，JonA．Epp

6、s．Thebenefi~ofhy一~aledlimeinhot料抗水损害性能的要求。mixmphaltlime[J]．JournalofTmns～porLuLionEngineering，2001(9)【51张宏超，孙立军．沥青混合料水稳定性能全程评价方法研究U】．同参考文献济大学学报(自然科学版)，2002(4)．·72O·费春：大体积混凝土结构施工中水化热温度场的有限元分析第8期由于浇筑期间正处夏季，设外界空气温度为30cc，混凝一A(4)土入模平均温度为28cc。第三类边界条件，边界热流量与混凝土表面温度7_和Ta温度场计算时混凝土单

7、元选用三维温度单元solid70。气温之差程正比：结构计算时，采用实体单元solid45，荷载为混凝土热分析q=p(卜)(5)温度场结果(图3)。混凝土配合比见表1。式中，B为表面放热系数；To为空气温度。2工程概况及模型建立本文算例工程基坑整个地块东西长约290m，南北向—■120m一150m，占地面积41345m，地下设3层整体地下室，基础底板厚度分别为1．Om和1．5m，部分区域为2．0m。图3有限元模型底板施工过程中采取分块浇筑工艺，每块平面尺寸约为60mX60m。根据分块特点，温度测点布置在中心区域，沿表1计算部位c3o混凝土配合

8、比1种类I水矿粉煤划水l砂碎石J外加刑总计厚度自上向下等距布置3个温度测点，在温度峰值出现之I质量-mI203I87I73l193I7731069I2I2400前，每2h观测一次