宏观不均匀性对混凝土温度应力计算结果的影响

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发布时间：2021-09-16

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宏观不均匀性对混凝土温度应力计算结果的影响
何福渤’，路新瀛2
(1．铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251；2．清华大学土木工程系，北京100084)
摘要：利用有限元软件就宏观不均匀性对混凝土温度应力的影响进行了对比模拟计算。计算中考虑弹性模量、水泥水化热
、抗拉强度
随龄期变化的影响，但未考虑徐变作用。初步对比计算结果表明：当混凝土强度存在宏观不均匀性时，混凝土的开裂强度为组分中的最低
强度等级，温度应力开裂时间提前。
关键词：宏观不均匀性；混凝土；温度应力
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)08—0044—03
Efects of macro．heterogeneity in calculating the thermal stress of concrete
HEFu-bo ．LUXin-y~ng
(1．The 3rd Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251。China；
2．Department ofCivil Engineering ofTsinghuaUnbeBity，Beijing 100084，China)
Abstract： The concrete temperature s~ess is calculated to study the efect ofthe macro-heterogeneity using the commercial FEM software． Pa．
rameters，such as the elastic modulus ofconcrete，hydration heat ofcement and the concrete tensile strength which changes with age，are consid—
ered，except the creep ofconcrete at early ages．The results show that the tensile strength ofconcrete is the lowest ofcomponents and the thermal
cracking seems to become earlier when there is macro-heterogeneity in the concrete．
Key words： macro-heterogeneity；concrete；thermal stress
1 混凝土的宏观不均匀性问题
材料的不均匀性是指材料属性在空间分布上不是定值，从
研究尺度上有宏观、细观、微观等差别。研究尺度不同，材料的
表观行为也不相同。
混凝土是一种多相非均质材料，目前关于混凝土材料不均
匀性的研究多为微观数值模拟。研究中一般将其分为三相研
究：骨料、砂浆、过渡区，有时也将过渡区忽略，按两相考虑。这
些都是从微观的尺度来研究混凝土的不均匀性问题，可模拟混
凝土试件或结构的裂缝扩展过程及破坏形态。在岩石力学等领
域对于不均匀性有一定的相关研究。张国新【lJ根据热量平衡方
程，提出了直接用导热系数、表面散热系数和热量为基本参数
的热传导改进有限元算法，用于计算非均质材料或复合材料结
构的温度场。徐文杰等口】提出了一种基于数字图像处理的非均
质岩土材料细观结构PFC2D数值计算模型自动生成方法，可
用于进一步研究非均质材料的细观结构特征。康健等[3]提出了
一种随机非均匀介质的热弹性力学模型，研究了均匀分布、正态
分布、韦泊分布3种随机分布下热膨胀系数的变化对岩石破裂
门槛值变化的影响。
一般建筑结构设计计算时通常将混凝土当作均匀材料来
考虑，即在宏观尺度上认为混凝土是均匀的，这可大大减少计
算量。然而，实际施工时，因混凝土浇筑批次不同、天气变化、施
工人员不同等因素都会造成混凝土构件在宏观尺度上存在一
定程度的不均匀性。而混凝土力学材料性能试验中规定的标准
收稿日期：2012-02-03
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试块为边长150 rt'l'n的立方体，实际工程中使用的材料参数都
是从这个尺度所取得的。因此从这个尺度人手忽略因微观结构引
起的参数差异，将混凝土看作微观结构均匀，研究在分米级这个尺
度上因材料参数非定值引起的宏观不均匀性，有一定的实际意义。
2 考虑宏观不均匀性的温度应力计算
2．1 计算模型
为研究宏观不均匀性对混凝土构件温度应力计算的影响，
选取4 mxl mxl m的长方体混凝土模型，其两端约束横向位移
且为绝热边界条件，其余四面为空气对流散热。由轴对称性取其
四分之一进行计算，网格划分如图1所示。