大体积混凝土水化热温度效应的研究

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发布时间：2021-09-09

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大体积混凝土水化热温度效应的研究
孙全胜，张德平
(东北林业大学。哈尔滨150040)
【摘要】以梅山跨海大桥为背景，应用ANSYS有限元软件对该桥桥墩的混凝土水化热温度效应进行数值
模拟分析，并且根据该桥实际工程中监测的温度发展曲线校正ANSYS数值分析的温度场，得出了大体积混凝土水
化热温度效应发展规律，为以后类似结构的温控工程提供参考。
【关键词】大体积混凝土；水化热；温度场；温度裂缝
【中图分类号】TU528．0 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2012)01—0005—03
由于施工期间水泥的水化热作用，大体积混凝土
结构内部会产生较高温度梯度，在受到内部或外部的
约束时将产生较大的温度应力，从而导致混凝土开裂。
由于温度应力引起的裂缝具有裂缝宽、上下贯通等特
点，对结构的承载能力、防水性能、耐久性等都会产生
很大影响H 。因此只有控制好大体积混凝土内部的
温升速度和温度梯度，才能更好的控制由其产生的温
度应力，从而控制大体积混凝土的裂缝开展问题。
1 工程概况
梅山跨海大桥长1487m。大桥主桥桥跨为75m+
130m+75m的预应力混凝土连续刚构，主桥桥墩采用
分离双薄壁墩，断面尺寸1．5m×6．Om，两片墩纵桥向
间距6．5m，主跨侧墩高15．816m，边跨侧墩高
15．732m，单个桥墩混凝土量高达143m ，属于大体积
混凝土构件。
为了减小混凝土构件内外温度差，降低温度梯度，
消除温度应力带来的裂缝，于是在桥墩内部布置了冷
却水管，利用循环冷却水将水化热产生的大部分热量
带出混凝土内部，降低混凝土内部的温度场，减小温度
应力，抑制温度裂缝的产生。混凝土内部冷却水管的
布置如图1、图2所示。
图1冷却管布置立面图(单位：cin)
2 大体积混凝土水化热温度效应数值分析
2．1 分析方法
文中分析混凝土的温度分布和发展规律时主要
考虑了混凝土浇筑温度、胶凝材料含量、水化热、比热、
导热系数、密度、距混凝土表面1～2em处空气的温度
等影响因素。由于实际混凝土构件具有对称性，故可
取1／4作为分析对象。
竖向预应力筋
图2 冷却臂布置俯视图(单位：cm)
2．2 初始条件和边界条件
在数值分析中，对边界条件做如下处理：空气温度
统一取20℃ ；3部分都按实际直接接触处理；同时，由
于只取1／4模型进行分析，与足尺模型相比较，多出2
个对称面，在对称面上施加绝热边界条件。混凝土
薄壁墩的底面和承台混凝土的传热方式是混凝土的
导热；外部的两面及上表面为空气导热或者模板导热，
内部两面为绝热；将水泥的水化热作为内热源加载。
根据实际情况，由于辐射对模型影响较小，对模型
的边界条件进行简化，不考虑混凝土向外辐射和接受
辐射的能量，只考虑混凝土表面和空气的对流和混凝
土本身的热传导，确定了在各接触面上只存在混凝土
与混凝土的热传导，混凝土与空气的热对流，混凝土与
水的热对流。
2．3 实测温度发展曲线校正理论温度场
在混凝土内部布置了大量的温度传感器和应变
传感器，对混凝土的整个浇筑过程和后期进行温度的
全程监控。混凝土浇筑后3d内的内部温度变化曲线
如图3所示。
从图3可以看出混凝土内部的最高温度可达
78~C，其温度陡增出现在混凝土浇筑后的12h之后。
经过1d的时间后，水化热的热量也开始慢慢的减小。
所以控制混凝土温度应该着重在混凝土浇筑后的1～
2d内做好散热和养护。结合实际环境中大气温度值，