大体积混凝土温度场及温度应力的有限元分析

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1、天津城市建设学院学报第18卷第4期2012年12月JournalofTianjinInstituteofUrbanConstructionVo1．18No．4Dec．2012大体积混凝土温度场及温度应力的有限元分析杨杰，毛毳，侯霞，王汪阳(天津城市建设学院土木工程学院，天津300384)摘要：结合工程实例，采用ANSYS有限元软件对大体积混凝土浇筑及冷却过程中的温度场及温度应力进行了模拟，通过APDL语言编写程序控制了模拟过程．分析结果与工程计算及实际测试结果相近，验证了所建模型与选取参数的正确性，保证了运用ANSY

2、S研究大体积混凝土水化热影响参数的可行性．分析发现：混凝土温度峰值与最大拉应力与浇筑温度呈正相关；采用低热量水泥时。可降低温度峰值、推迟峰值出现时间，并降低结构温度应力；环境温度变化时，温差成为关键因素，应根据实际情况制定季节性施工方案．关键词：大体积混凝土；有限元方法；温度场；温度应力中图分类号：TU37文献标志码：A文章编号：1006．6853(2012)04．0270—05大体积混凝土浇筑后，在内部水化热和外部环境表1主楼筏板大体积混凝土配合比kg·m温度的影响下，其内部温度与外界气温相差很大，极材料用量易使混

3、凝土产生温度裂缝，影响结构的安全与正常使水18O用．因此，有必要对大体积混凝土浇筑和养护过程中水泥365砂688的温度场及温度应力进行分析，为控制温度裂缝提供石l080依据．II级粉煤灰80笔者采用有限元方法，运用ANSYS热分析模块，UEA29外加剂9．8结合华中科技大学协和医院外科医疗大楼智能化超高层建筑主楼筏板浇筑实例J，建立有限元模型，确根据文献[1]提供的混凝土配合比以及施工期间定模型材料参数，对主楼筏板浇筑过程进行了模拟，的具体情况，选取模型材料参数如表2所示．并将温度场计算结果作为荷载施加于模型，计算了

4、混表2主要材料参数选取凝土温度应力．在此基础上，对不同水泥标号、不同选取参数浇筑温度及不同环境因素对大体积混凝土温度场及结构部位导热系数／比热／密度／应力场的影响进行了分析．kJ(m-h·K1kJ(kg·K1kg·m混凝土8_3880．972431．8基础9_270．836819701大体积混凝土计算模型的建立1．2单元选择及有限元模型的建立1．1模型及材料参数模型采用SOLID70单元用于三维瞬态传热分以文献[1]中的工程实例为基础建立有限元模型，析，该单元具有“单元生死”功能，可根据工序实现尺寸为80m×36．1

5、m×2．5m，混凝土下层为地基，浇筑混凝土的动态模拟J．此外，该单元可转化为尺寸为120mX80mx5m．主楼筏板大体积混凝土SOLID65结构单元，方便后续的应力分析l3j．选用亚东P．O42．5级水泥，28d抗压强度为51．0MPa．依据结构和荷载的对称性，采用1／4模型进行模设计配合比如表1所示．拟．上层混凝土与下层基础连接处采用共节点耦合温收稿日期：2012．06．15；修订日期：2012．07—03作者简介：杨杰(1987一)，女，河北邯郸人，天津城市建设学院硕士生·272·天津城市建设学院学报2012年第

6、18卷第4期60fJ50赠40』Ⅱ赠3O麦景s20螽：0．5—1——1．5——2、20．5处／一10m处。／／+20m处+3Om处(d)d测温点计算值与实测值对比+40m处图4计算温度与实测温度对比曲线沿板厚方向深度，Ill图6距中心不同距离沿板厚方向第一主应力的变化由图4可以看出：①最高温度出现在c测温点，靠近中间层，为65．6587℃，与实测最高温度70℃从图6可以看出，在距中心10m处拉应力最大，很接近，表明采用此方法可以较好地模拟混凝土温度比较危险，是分析的重点．的峰值；②模拟的温度变化趋势与实测相近，即在浇

7、筑初期温度急剧上升，温度达到峰值后在养护期间缓3部分影响因素的分析慢下降．结果表明，利用ANSYS模拟温度场是可行的，模拟结果可以用来模拟温度应力场，并为工程实3．1不同水泥品种的影响际提供参考．水泥品种是影响混凝土水化热的重要因素．选取2．2温度应力的模拟了四种不同标号的水泥，根据表3161提供的水化热常考虑到混凝土材料的非线性，使用VonMises屈数，在其他条件不变的情况下，计算温度场和温度应服准则o6，并o4采o2用O多加2线加4性6随8动强一化选项确定混凝土的非力．读取浇筑后每天的最高温度，不同水泥标号的最

8、线性本构关系．将混凝土养护28d时的温度场计算高温度历时曲线如图7所示．结果作为荷载施加于计算模型，计算温度应力，结果如图5所示．表3不同水泥品种的水化热常数水泥品种／kJ·kg。。b普通硅酸盐水泥425号3300．69O．56普通硅酸盐水泥525号350O．360．74普通硅酸盐大坝水泥525号2700．79O．7O矿渣硅酸盐大坝水泥425号