大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析

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1、大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析工程建设与设计!""#年第$"期大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析孙蔚（东南大学,南京210037）[摘要]介绍了大体积混凝土温度场及温度应力的计算原理，利用ANSYS软件对某大体积混凝土的温度场及温度应力进行了有限元数值模拟分析，给出了建议。[关键词]大体积混凝土；温度场；应力；ANSY；S[中图分类号]TU528;O312[文献标识码]A[文章编号]1007-9467（2005）10-0025-02应力。对于嵌固板结构，其温度应力计算公式为：1引言,,#(%)$#$#-.$%#/-%$!-.大体积混凝土的温度裂缝控制问题

2、一直以来是一项技-=1-=1&%&术难题，国内外工程实践表明，防止温度裂缝的关键在于混式中,%为线膨胀系数；/为弹性模量；!为温度；&为泊松比；凝土温度控制和温度应力控制。目前，关于大体积混凝土的.为应力松弛系数。温度计算一般都是利用经验公式计算混凝土的中心最高温施工期的大体积混凝土的温度应力是早期拉应力，产度和表面温度，未能考虑混凝土内部温度的连续性和连续变生早期拉应力的时间一般是自浇筑混凝土开始至水化热放化的外界气温的影响。在温度应力计算方面，目前施工单位热即将结束，这个阶段有两个特点：一是因水泥水化作用而也多采用公式分开计算外约束力和内约束力，这并不能反映放出

3、大量水化热，引起温度场的急剧变化；二是混凝土弹性出大体积混凝土各处的温度应力分布。如果利用有限元分析模量随着时间而急剧变化。选取混凝土的弹性模量如下式：软件ANSYS进行分析，则可以得到较为全面的大体积混凝/(τ’0/[1-exp(%0.4τ()*+)]（式中，τ为龄期；/00为最土温度场和温度应力的分布。终弹模）2大体积混凝土温度场及温度应力理论分析3瞬态热分析理论2.1大体积混凝土温度场的计算原理温度场随时间而发生变化的非周期性传热过程称为瞬混凝土的温度场的计算与求解，实际上是一个热学问题。态传热，大体积混凝土的水化热温度场即为瞬态传热过程。分析大体积混凝土温度

4、场，需要根据当地气候条件、施工方法对于瞬态传热的温度场，系统的温度、热流率、热边界条件及混凝土的热学特性，按热传导原理进行计算。以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理，瞬混凝土浇注完成后，混凝土在水泥水化热作用下，可以态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：看成有内部热源强度具有瞬态温度场的连续介质，其瞬态温[1]{!&}+[.]{!}={’}（1）度场的计算实质是三维非稳态导热方程在特定边界条件下和式中,[.]为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和初始条件的求解。导热方程为：形状系数；[1]为比热矩阵,考虑系统内能的增加;{!}为节点!!!!!!!!

5、!!!!&!!!"!"!"$$"&温度向量；{!}为温度对时间的导数;{’}为节点热流率向!"!#!#!%!量，包含热生成。式中，!为混凝土的瞬时的温度；为混凝土的导热系数；$为混在具体的传热过程中，材料热性能、边界条件等可能会随凝土的比热；为混凝土的容重；&为单位体积内水化热生热率。温度发生变化，这类问题称为非线性热分析，此时（1）式变为：要计算确定混凝土内部温度场，首先应选取水泥水化&[1(!)]{!}+[.(!)]{!}={’(!)}（2）-(%放热规律，再确定水化热生热率：&=d’/dt=(’0)。式中，[1(T)]、[.(!)]、{’(!)}为温度的函数。

6、式中,’为水化热；%为龄期；’0为无穷大时的最终水化热；m为水化系数。4有限元数值模拟分析2.2大体积混凝土温度应力的计算原理4.1有限元软件ANSYS简介假定混凝土结构为连续整体、均质、弹性的结构物，则当有限元软件ANSYS功能强大，涉及范围广。ANSYS的混凝土结构的温度场!（*，#，+，!）求得时，可根据弹性理论热分析模块可以对各种材料组成的平面和空间结构进行热求解混凝土结构各部分的热应力。实际上混凝土的弹性模量分析，当然也可以对大体积混凝土水化热引起的温度场及是随着龄期而变化的，因此采用增量法来计算混凝土的温度温度应力进行分析。[作者简介]孙蔚（1968%）

7、，女，江苏盐城人，工程师，从事土木工程ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有方面的研究.(E-mail)xz241591@sohu.com限元方法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。ANSYS!#工程建设与设计"##$年第%#期建筑与结构设计的热分析有稳态和瞬态之分。在工程上一般用瞬态热分析计图3是计算时间第五天时温度随着混凝土厚度变化的算温度场，并将之作为热荷载进行热应力分析。抛物线状曲线，其它时间的温度曲线也是抛物线状，从中可4.2热分析的主要步骤以看出，混凝土的中央部分温度较高，顶面和底面温度较低。ANSYS关于温度场的模拟主要分三步：这是由