大体积混凝土承台水化热温度分析与控制
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MIDAS高级教程3 - 大体积混凝土水化热分析
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3秒自动关闭窗口混凝土连续箱梁实体桥墩、箱梁0#块混凝土水化热温度应力场分析--《中南大学》2012年硕士论文
混凝土连续箱梁实体桥墩、箱梁0#块混凝土水化热温度应力场分析
【摘要】：本文以某大跨度预应力混凝土连续箱梁施工过程中实体桥墩及箱梁0#块出现由水化热导致温度裂缝的产生为工程背景,借助大型有限元分析软件Midas/Civil中“水化热分析”模块进行水化热温度应力场研究分析。本文主要通过对大体积混凝土冷却管布置方案的优化,以降低混凝土水化热对结构产生的不利影响,主要研究如下：
(1)基于混凝土热传导计算理论,建立Midas/Civil有限元实体模型；
(2)结合工程实际,通过优化冷却管的流水速度、进水温度进行研究分析。将计算结果与原始工况进行对比分析,得出比较优化的方案；
通过优化冷却管在竖向的分层布置方式以及冷却管弯曲方式进行研究分析,并在此基础上对降低混凝土整体入模温度以控制水化热的方案进行分析研究；
(3)对箱梁0#块进行混凝土水化热温度应力场的有限元分析,并通过布置合适数量的冷却管,优化混凝土结构内部的温度应力场。
【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：U445.57【目录】：
摘要4-5ABSTRACT5-8第一章 绪论8-23 1.1 引言8 1.2 桥梁大体积混凝土概述8-9
1.2.1 大体积混凝土定义8
1.2.2 大体积混凝土特点8-9 1.3 桥梁裂缝成因分析、温度裂缝影响因素及其预防9-19
1.3.1 裂缝病害成因分析9-11
1.3.2 温度裂缝11-14
1.3.3 温度裂缝的影响因素14-15
1.3.4 预防控制措施15-19 1.4 大体积混凝土施工技术控制19-21
1.4.1 配合比设计19-20
1.4.2 施工现场温度控制措施20
1.4.3 大体积混凝土结构防裂设计20-21 1.5 国内外桥梁大体积混凝土温度裂缝研究现状21-22 1.6 本文的主要研究内容及其意义22-23
1.6.1 主要研究内容22
1.6.2 本文研究的意义22-23第二章 大体积混凝土温度计算理论23-33 2.1 引言23 2.2 混凝土热传导计算理论23-26
2.2.1 热传导方程23-24
2.2.2 温度边界条件24-26 2.3 水化热计算组成26-27
2.3.1 水化热放热规律26-27
2.3.2 绝热升温27 2.4 混凝土热学参数27-28
2.4.1 导温系数a27
2.4.2 导热系数27-28
2.4.3 混凝土比热28
2.4.4 线膨胀系数28 2.5 金属水管冷却计算28-29
2.5.1 平面问题计算28-29
2.5.2 空间问题计算29 2.6 大体积混凝土温度经验公式29-30
2.6.1 芯部最高温度计算29-30
2.6.2 表面温度与内外温差30 2.7 本章小结30-33第三章 实体桥墩水化热有限元分析33-59 3.1 施工技术指标概况33 3.2 模型建立33-35
3.2.1 桥墩实体模型建立33
3.2.2 布置冷却管桥墩实体模型建立33-35 3.3 水化热温度应力场分析35-40
3.3.1 桥墩实体模型温度应力场分析35-36
3.3.2 布置冷却管桥墩实体模型温度应力场分析36-39
3.3.3 小结39-40 3.4 实体桥墩冷却管入水温度以及进水流量的优化分析40-46
3.4.1 冷却管优化工况分析40
3.4.2 工况一有限元计算分析40-42
3.4.3 工况二有限元计算分析42-44
3.4.4 工况三有限元计算分析44-46 3.5 实体桥墩冷却管布置方式优化分析46-55
3.5.1 冷却管分层布置方式优化46-52
3.5.2 冷却管布置方式优化52-55 3.6 混凝土入模温度优化分析55-57 3.7 管径对冷却管制冷效果的影响57 3.8 本章小结57-59第四章 箱梁“0#块”水化热有限元分析59-70 4.1 引言59-60 4.2 0#块水化热温度应力场分析60-63
4.2.1 建立模型60
4.2.2 计算结果分析60-63 4.3 0#块水化热温度应力场优化分析63-69
4.3.1 建立模型63
4.3.2 计算结果分析63-69 4.4 小结69-70第五章 结论与展望70-72 5.1 结论70 5.2 展望70-72参考文献72-76致谢76-77攻读硕士学位期间主要的研究成果77
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京公网安备74号大体积混凝土冷却水管布置方案研究
1前言 众所周知，拱坝为薄壳体超静定混凝土结构，混 凝土的温度变形和收缩变形应力很大，为坝体施工 期和运行期的主要荷载。由于拱坝较薄，对环境温 度的变化比较敏感，坝内温度变化和内外温差比较 大。温控防裂问题成为制约整个工程施工质量和施 工进度的关键性因素。坝体内部常用冷却水管进行 导热降温，其作用有一期温度削峰和二期封拱降温 之分，一期主要是为了在混凝土浇筑初期利用水管 通水冷却以削减混凝土水化热温升，二期主要是为 了在拱坝封拱之前利用水管通水冷却把混凝土温度 降低到稳定温度。也可进行三期冷却，即在入冬前 对高温混凝土进行一次冷却，以减小内外温差，进而 减小混凝土内部的温度应力。因混凝土为弱导热 体，对冷却水管的布置方案有很大的讲究，否则无法 达到预计的目的，甚至导致混凝土开裂。 依据现有的理论上严密的数值计算方法【Zj，并 依托周公宅拱坝工程的建设，挑选典型坝段，对该坝 段冷却水管的温控效果和优选布置方案进行了详细 深入的数值...&
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权威出处：
为有效地发挥冷却水管在大体积混凝土结构中的作用,需计算冷却水管的各项参数,以确定更合理的布置方案。由于大体积混凝土结构中水泥水化生热率、热流率、热边界条件及内部冷却水管与混凝土的热交换等因素都会随时间起明显变化,使整个混凝土体的温度场变得非常复杂,采用传统计算方法费时费力,计算结果的精度不够[1]。本研究利用大型有限元软件MIDAS/CIVIL计算大体积混凝土的温度场,探索既能满足温度控制要求,又经济合理的冷却水管布置方案。1有限元模型的建立MIDAS/CIVIL软件是通用的空间有限元分析软件,适用于桥梁、地下工程、工业建筑、机场、大坝和港口等结构,特别是桥梁结构的分析与设计,MI-DAS/CIVIL结合国内的规范与习惯,在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多便利的功能〔2〕。1.1工程概况永定新河特大桥是天津海滨大道北段二期工程的关键节点,跨度90 m+160 m+90 m,采用变截面预应力混凝土连续箱梁结构。主桥8#、9...&
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1引言大体积混凝土在施工期由于水化热作用引起结构内外温差较大,容易产生施工期温度裂缝,从而对混凝土结构承载力、防水等性能产生较大影响,故大体积混凝土在施工期有必要做好温控措施,防止施工裂缝出现。在大体积混凝土中布置冷却水管是施工期常用的一种温控措施。在混凝土温度场仿真计算中,冷却水管模拟主要有三大类:(1)有限元结合水管冷却理论解的方法[1];(2)冷却水管等效法[2-3];(3)冷却水管直接法[4-8]。本文采用冷却水管直接法对三洋港挡潮闸大体积混凝土闸墩结构施工期温控措施进行研究,根据闸墩结构特征拟定2种不同的冷却水管布置方案进行对比,选择比较优化的方案。2闸墩施工期冷却水管仿真分析2.1工程简介三洋港挡潮闸枢纽工程为新沭河治理工程的重要组成部分,由挡潮闸、上下游引河、排水闸及排水通道组成,工程位于新沭河入海口。三洋港挡潮闸是新沭河入海口控制建筑物,具有挡潮减淤,泄洪、蓄水、交通、排涝的综合功能。挡潮闸属于Ⅰ等大(1)401...&
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1引言 由图1可以得知,夏季与冬季温度梯度的不同,主要是由为有效地发挥冷却水管在大体积混凝土结构中的作用,需计算冷却水管的各项参数,以确定更合理的布置方案[1]。由于大体积混凝土结构中水泥水化生热率、热流率、热边界条件及内部冷却水管与混凝土的热交换等因素都会随时间明显变化,使整个混凝土体的温度场非常复杂,采用传统计算方法费时费力,计算结构的精度不够[2]。本研究采用有限元软件fluent计算大体积混凝土的温度场,探索既能满足温度控制要求,又经济合理的冷却水管布置方案。 2温度场的模拟及结果分析 2.1计算模立 本文以武汉市某住宅楼带有循环水管的筏板基础底板为研究对象,尺寸为58mX17.4mXl.lm,C30混凝土,混凝土密度为2400kg/m3。数值计算时,考虑混凝土的水化热、弹性模量和抗拉强度随时间的发展过程,计算工况取冬季和夏季两个极端环境,分别计算在冬季和夏季环境下大体积混凝土浇筑的温度场、水管间距、通水流量、进出口水温...&
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混凝土中的水泥在水化硬结过程中会释放水化热,而大体积混凝土由于体积庞大,在浇筑后的几天内,内部温度上升很快,产生较大的温度变化,可能会使混凝土产生表面裂缝或深层贯穿裂缝,这对于结构作用和建筑物防渗都是不利的。而且混凝土是一种导热性能极为不良的材料,如果任其自然散发,有时需要上十年甚至上百年的时间,内部的温度才会达到稳定温度。从工程及时受益的要求来看,需要采取人工冷却措施来控制混凝土的温升和降低混凝土的温度。大体积混凝土人工冷却方法有很多种,在工程实践中采用最多的是埋设冷却水管。用ANSYS有限元分析软件模拟施工期冷却水管作用的大体积混凝土温度场,就显得至关重要。本文介绍了大体积混凝土温控和防裂的研究现状,冷却水管冷却效果的研究现状。介绍了大体积混凝土温度场计算的有限元方法,及考虑冷却水管作用的温度场计算的有限元方法。提出了用ANSYS有限元软件模拟冷却水管温度场的计算方法,并对模拟过程中的关键问题进行了分析。本文用ANSYS有限...&
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1概述随着高层建筑的发展,大跨度、超高墩桥梁的应用,大体积混凝土广泛应用于工程实践之中,强度等级日趋增高。为保证混凝土强度,施工配合比中水泥的用量也随之增大,导致混凝土水化热引起的结构物内部温度大幅升高。里表温差过大,会导致混凝土表面出现温度拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度,结构物表面将产生大量的温度裂缝,影响施工质量。针对大体积混凝土温控技术,相关学者进行了很多研究。黄志福[1]等以热传递方程及混凝土绝热温升为基础,结合施工实例中冷却水管的布设方法,建立有限元模型。根据有限元计算结果,得出混凝土内部温度及主应力变化规律,并提出了施工过程中混凝土水化热的控制措施。贾兆丰[2]等在上述理论的基础上增加管冷温度场计算理论,分别建立设置冷却水管及无冷却水管两种对比模型,通过计算结果证明了管冷对水化热降温的显著作用。李彬彬[3]等以混凝土热弹塑性理论为基础,考虑了混凝土的弹性模量、徐变及干缩3种因素与温度应力之间的耦合作用,提出需要采...&
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