浅谈温度对大体积混凝土温度应力影响

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1、浅谈温度对大体积混凝土温度应力影响　　中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1007-0745（2014）01-0367-01摘要：改革开放以来，我国经济蓬勃发展，城市建设不断朝着高建筑，整体浇筑混凝土方向发展。掌握温度应力变化规律及混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工极为重要的。本文简要论述了温度应力引起的原因及其形成过程，基于此，深入分析了浇筑温度对大体积混凝土温度应力的影响，仅供大家参考。关键词：浇筑温度大体积混凝土温度应力一、温度应力引起的原因及其形成过程1、温度应力引起的原因温度应力引起的原因主要由两个，这两种温度应力往往和混凝土的干缩引起的应力

2、共同作用。（1）自生应力没有任何边界上完全约束或静止的结构，如果内部温度是非线形分布的，由于结构本身互相约束而会出现温度应力。（2）约束应力结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。62、温度应力的形成过程温度应力的形成过程可分为以下三阶段：（1）早期自浇注混凝土开始至水泥放热基本结束，一般为30d。这个阶段具有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土弹性模量的急剧变化，这一时期在混凝土内部形成残余应力。（2）中期自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期

3、残余的应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。（3）晚期混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起的，这些应力与前两种残余应力相叠加。二、浇筑温度的计算设浇筑温度TP可根据下式进行计算TP=T1+（Ta+T/β-T1）（φ1+φ2）（1）φ1=kτ（2）式中：6T1为入仓温度；Ta为气温；φ1为平仓以前的温度系数；φ2为平仓以后的温度系数；R为太阳辐射热；B为表面放热系数；τ为从混凝土入仓后到平仓前所经历的时间（min）；k为经验系数。因为平仓前的情况比较复杂，故在施工过程中现场应进行混凝土拌和物温度量测，根据实测结果确定系数。在缺乏实测资料时

4、，可以取k=0.0030（1/min）。三、浇筑温度不同情况的模拟分析在结构模拟分析中采用嵌固板模型，即平面尺寸采用较大尺寸（所采用的混凝土底板平面尺寸为100m@50m）。基础为岩石基础，即为刚性约束，其他各边自由。混凝土的上部和侧面与空气接触，下面通过岩石基础导热。把基础视为无限大物体，在ANSYS建模时，取长度和宽度为混凝土底板的2倍。基础的埋深取10m，岩石基础除上表面外，其他各面均采用三向固定约束。在其他因素相同的情况下，混凝土浇筑前采用相应的降温措施，使混凝土具有不同的浇筑温度来分析混凝土的温度应力场。选用有限元软件ANSYS进行混凝土的温升与时间关系分析时

5、，分别取混凝土的浇筑温度为25℃、30℃、35℃、40℃4种情况，用ANSYS模拟后，对所得结果进行分析，绘出如图1所示的不同浇筑温度情况下的温度与龄期的关系曲线图。6由图1中可知，当浇筑温度不同时，混凝土的温度曲线也相应产生变化，混凝土的最高温度随着浇筑温度的升高而升高。如当浇筑温度为25℃时，最高温度为58.53℃；当浇筑温度为40℃时，最高温度达到70.31℃。同时当浇筑温度较高时，混凝土的最高温度出现的时间相对也较早，说明较高的浇筑温度会使水泥的水化速度提高。同样，利用ANSYS的热-结构耦合功能将上面的温度作为荷载施加到大体积混凝土结构上，便可得到不同龄期时结

6、构的温度应力，将模拟结果分析并处理，便得到如图2所示的第一主应力随龄期的变化曲线。由图2中可知，当浇筑温度越高时，结构所产生的温度应力越大。如当浇筑温度分别为25℃、30℃、35℃、40℃时，结构的第一主应力分别为2.86MPa、3.20MPa、3.54MPa、3.92MPa，其关系基本为线性关系，即浇筑温度每提高1℃，结构的第一主应力便增大2.47%。由此可以看出，浇筑温度对温度应力的影响是比较大的。另外，从不同的浇筑温度分析最大温度应力出现的时间可以发现，浇筑温度高，最大温度应力出现的时间晚，但差别并不大，浇筑温度约每差10℃，最大温度应力出现的时间差为1d。大体积

7、混凝土的降温差和内外温差都是随着浇筑温度的增加而增加，且最大降温差和最大内外温差均随着浇筑温度的增大使其发生的时间有所提前。同时，由于大体积混凝土的温度应力与降温差和内外温差均有密切的关系，从而可以看出，混凝土温度应力一定也是随着浇筑温度的增加而增加，并且都是呈线性变化的，这与实际情况完全相符。6四、控制大体积混凝土浇筑温度的措施通过ANSYS的仿真结果可以得到，控制浇筑温度可以有效地降低大体积混凝土底板的温度应力。因此，在浇筑混凝土的过程中，应尽量地降低混凝土的浇筑温度。为此，可以通过降低出机口温度、入仓温度等来降低混凝土的浇筑温度。混