大体积混凝土一期通水冷却时机研究
吴 鹏 ，李勇泉 ，黄耀英
(1．中国长江三峡集团公司，湖北宜昌443133； 2．三峡大学水利与环境资源学院，湖北宜昌443002)
摘要：大体积混凝土一期通水冷却的时间选择是一个影响冷却效果的重要因素，采用水管有限元法和水管冷
却等效热传导法进行了研究，并对比分析了环境气温分别为升温过程和降温过程对计算结果的影响。计算结
果表明：随着一期开始通水冷却时间的延后，冷却效果更好，停止通水后混凝土的温度更低，但混凝土内部应
力趋于不利；当环境气温为升温过程或降温过程时，仍可以得到上述结论；建议大体积混凝土一期通水冷却宜
尽早进行。
关 键 词：水管冷却；一期通水；温度应力；通水时机
中图法分类号：TV431 文献标志码：A
在大体积混凝土中埋设水管，进行通水冷却是一
种有效的温控措施。冷却过程一般分为两期，其中，一
期冷却是在混凝土刚浇筑完毕甚至正浇筑时就开始进
行，以消减水化热温升。考虑水管冷却时，混凝土空间
温度场分析是一个十分复杂的问题，尤其是混凝土浇
筑初期水管冷却问题。为了解决这个问题，朱伯芳提
出了精细有限元法，用有限元法计算水管冷却的效
果 卜 ；刘宁提出了直接用三维有限元计算冷却水管
的方法以及有限元子结构法 ；朱岳明等则对直接用
三维有限元计算冷却水管的方法作了改进 。郭磊
等对混凝土表面保温和水管冷却的温控效果作了比较
分析。。 。为了方便有限元网格剖分和减小计算存储
量，朱伯芳等把冷却水管看成热汇 ’ ，在平均意义上
考虑水管冷却的效果，得到近似温度场。黄耀英等对
水管有限元法和水管等效热传导法两种计算模型的相
关性进行了探讨 ，认为水管冷却等效热传导法与拱
坝温度荷载计算中的线性等效温度的思想是一致的，
即等效线性温度并非真实的温度，而是虚拟的温度，但
其力学作用与真实温度等效。此外，朱伯芳还系统研
究了水管管径、管距、管长、水温、流量等因素对冷却效
果的影响-- 。由于一期通水冷却的时间选择是一个
影响冷却效果的重要因素，为工程单位所关注，本文对
大体积混凝土一期通水冷却时机进行研究。
1 基本原理
1．1 非稳定温度场三维有限元分析
非稳定温度场的有限元控制方程为
(E t／] R]) 卜 R]{T}+ -I-0
(1)
式中，△ 为计算步长；[引，[R]为系数矩阵；[F]为
边界温度荷载列阵。
当采用水管冷却等效热传导法进行温度场分析
时，此时冷却水管被看成负热源，从平均意义上考虑水
管冷却的效果，推导得到的等效热传导方程为
等 T+(To—T’ o4,+0。 (2)
式中， 为混凝土温度；o为混凝土导温系数；To为混
凝土初温；Tw为水管进口水温。
对式(1)的t F +。}做相应的修改，可得到水管冷
却等效热传导法的有限元控制方程。当采用水管冷却
有限元法进行温度场分析时，此时求解三维不稳定温
度场有限元控制方程的难点在于，冷却水管边界r”上
的水温未知。沿程水温增量采用式(3)计算

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