大体积混凝土温度场有限元分析

资料大小：240KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-09

资料介绍

大体积混凝土温度场有限元分析
王军玺一，王晖
(1．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070；2．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098；
3．新疆维吾尔自治区水利水电建设工程造价管理总站，新疆乌鲁木齐830000)
摘要：基于瞬态温度有限元方法，采用大型有限元商业软件ANSYS模拟大体积混凝土锚碇薄层浇筑动态施工期及运
行期的温度场，对比日照影响、不同气温、不同浇筑温度、不同浇筑间歇期、不同浇筑层厚等情况的仿真计算结果，得出：
浇筑温度对混凝土锚碇施工期温度场的影响比较大；气温周期变化对运行期混凝土温度的影响大于施工期；太阳辐射对
混凝土锚碇的温度场有一定影响；混凝土分层浇筑层间间歇期对混凝土锚碇的温度场影响较大，但最终达到稳定温度的
时间基本不变。
关键词：大体积混凝土；温度场；有限元
中图分类号：U448．25 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．05．052
混凝土内外温差过大会导致其温度应力超过其抗拉强度
而产生表而裂缝，表面裂缝有可能发展成为贯穿性裂缝，危及
大体积混凝土结构的安全。笔者以已建某悬索桥混凝土框架
型重力式锚碇锚块为研究对象，根据其分层浇筑、快速施工的
特点，以热传导理论和瞬态温度场三维有限元方法为基础，采
用大型商业有限元软件ANSYS对其进行了温度场仿真计算。
1 计算基本资料
1．1 气温
桥址Ⅸ年平均气温为21．0℃ 。气温变化可用余弦函数表
示为
= 21．o+7_5c0s[ ( 49)]
式中：t为距离开始施工的时间，d。
大体积混凝土在施工过程中，表面温度受Et照影响将高于
气温，在计算温度场时必须考虑太阳辐射热的影响。工程计算
中第三类边界可以包括辐射热边界。该桥址处年平均风速取
3．2 nr／s，日照相当于年平均气温提高9．20 qc，气温年变幅提
高3．6O℃ 。日照引起气温变化可用余弦函数表示为
△ =9．20十3．60cos[ ( +49)]
1．2 混凝土与基岩的热学参数
该锚碇混凝土的试验数据及基岩热学参数见表1⋯ 。
混凝土绝热温升采用双曲公式计算：
( )：
n +
式中： r为混凝土龄期，d；Oo为r— 时的最终水化热绝热温
升，℃ ；0( )为龄期为7_时的绝热温升，℃ ；n为常数，取1．068。
表1 混凝土及基岩的热学参数
2 温度场有限元计算理论基础
由热传导理论，考虑三维不稳定温度场，在区域内应满
足拉普拉斯方程：
磐+ + + ( 一 )：0
axz a aZL Ol af af‘
初始条件为
T( ，Y，，0)= ( ，Y，z)
第一类边界条件为
(r)=_厂( )
． 1】4 ·
第二类边界条件为
一一：八，( )
第三类边界条件为
一
A aT
：卢(T— )
d
式中：为温度；为绝热温升；JB为表面放热系数；A为导热系
收稿日期：2009—06-02
作者简介：王军玺(1976一)，男，甘肃秦安人，讲师，博士，研究方向为水工结构
现代设计、分析理论及方法。
E—mail：wangjunxi080101@126 com