基于混凝土龄期的闸室结构温度场及温度应力仿真分析

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1、第3期（总第185期）No.3(SerialNo.185)2016年6月CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun.2016DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2016.03.022基于混凝土龄期的闸室结构温度场及温度应力仿真分析112吴坤坤，李菲菲，尹晓明（1.上海市城市建设设计研究总院，上海200125；2.上海友为工程设计有限公司，上海200333）摘要：温度应力的分析、温度控制和防止裂缝的措施，是大体积混凝土结构设计与施工中十分重要的课题。充分考虑到温度变化、弹性模量变化、徐变、自生体积变形等主要影响因素的共同作用，通过对某在建的大型闸室

2、结构现场监测及温度应力场仿真分析，对大体积混凝土在施工期的温度场和温度应力进行探讨。关键词：温度场；温度应力分析；交接层中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1004-4655（2016）03-0072-03由于工程结构的特点以及模块化施工和浇筑能2式中：a为导温系数，，m/s；k为导热系数，力的需要，为避免产生应力集中等不利条件，大体3W/(m·K)；ρ为密度，kg/m；c为比热，J/(kg·K)；积混凝土的浇筑往往要进行分层分块浇筑。研究发θ为混凝土的绝热温升，对混凝土而言主要指水泥现在交接层面，分层分块浇筑所产生的作用是明显水化热，K；τ为混凝土龄期，d。的，产生的温

3、度应力很小，但在交接层上、下一定1.2温度应力场理论范围内，在浇筑早期仍会产生较大的拉应力。本文大体积混凝土的温度应力是一个较为复杂的问主要对某在建闸室结构的温度场和温度应力进行仿题,混凝土温度应力的规律较为复杂，同时影响混真分析，并给出合理建议。凝土温度应力的因素很多，因此，在分析大体积混1有限元理论基础凝土温度应力时，既要分析大体积混凝土温度应力1.1温度场理论的一般规律，也要考虑多种因素的耦合作用。工程上一般采用瞬态热分析进行温度场计算，1.2.1影响大体积混凝土温度应力的主要因素并将计算结果作为热荷载进行应力场分析。根据瞬1）弹性模量。采用复合指数表达式表示各龄态热传导问题

4、的虚位移原理得出有限元方程组：4期的弹性模量。[C]{T}+[K]{T}={Q}（1）42）徐变。实际工程中由徐变引起的温度应力式中：[C]为比热矩阵，{T}和{T}分别是节点的温降低值可达30%～50%，可见其对温度应力的影度和温度对时间的导数，[K]为热传导矩阵，{Q}响还是很大的。影响混凝土徐变的因素主要有混凝是等效节点热流量。土特性、施加荷载的龄期和持续时间以及构件尺寸考虑到混凝土传热的各向同性，其微分方程表等。文中采用朱伯芳院士提出的徐变度和松弛系数示为[1]公式作为应用研究的基础资料。（2）确定混凝土早期的温度应力，须同时考虑温度变化、弹性模量增长以及徐变变形和自生体积

5、变形[2]的影响。收稿日期：2015-11-301.2.2温度应力场的求解第一作者简介：吴坤坤（1988—），男，助理工程师，硕士，1）弹性理论温度应力场的求解。假设弹性模主要从事水工结构设计与研究工作。72第3期（总第185期）No.3(SerialNo.185)2016年6月CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun.2016吴坤坤，李菲菲，尹晓明：基于混凝土龄期的闸室结构温度场及温度应力仿真分析2016年第3期DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2016.03.022量在每一时段为不变值，施加对应的温度差载荷，称结构，底板宽度为15m，厚度

6、为5.3m，闸室墙求得每个载荷的应力增量，某时刻t的温度应力公顶宽0.8m，底部宽度为2.1m，高度为10m。闸式为室底板采用C25混凝土，倒角和闸室墙为C30混基于混凝土龄期的闸室结构温度场及温度应力（3）凝土，采用C15混凝土打底。坐标原点取为闸室式中：σ（t）表示时刻t的温度应力，MPa；σ（τ）底板中央处高程为0，各坐标轴：X轴取为顺河向，仿真分析表示每个荷载步的应力增量，MPa。Y轴取为横河向，Z轴竖直向上。取标准段闸室进2）考虑徐变和自生体积变形的温度应力场的行分析，由于闸室结构左右对称，左右岸采用模块112吴坤坤，李菲菲，尹晓明求解。用施加温度差载荷与相应龄期下的自生

7、体积化施工同时浇筑，计算时选取闸室的一半（左岸）（1.上海市城市建设设计研究总院，上海200125；2.上海友为工程设计有限公司，上海200333）应变增量计算温度应力增量，考虑松弛系数，累加进行计算。标准段闸室结构有限元计算网格如图1得时刻t的温度应力修正值公式为所示，针对研究的标准段，在交接层附近埋设传感摘要：温度应力的分析、温度控制和防止裂缝的措施，是大体积混凝土结构设计与施工中十分重要的课题。充分（4）器（见图2）。考虑到温度变化、弹性模量变化、徐变、自生体积