混凝土 中的水泥 (矿粉 、粉煤灰 )等材 料水化反
应时放 出的热量会 导致混 凝土温 度升 高 ,但 由于 内 、外部热
量扩散速度不 同 、外部约束条件 的存在 以及 混凝 土弹性模量
随着龄期增 长等 因素导致 混凝 土产生 温度 应力 。以某桥承
台为例 ,对承 台混凝 土水化热进 行有 限元模 拟分 析 ,求解 出
承 台混凝土施工期 间的温度场及应力场 ,并 根据应力分布特
点制定有针对性 的温度控制和温度裂缝预 防措施 ,取得 了 良
好 的效果 。
关键词 :水化热 ;承 台;温度 场 ;应力场 ;有限元法
1 概 述
混凝土水化热是指混凝土中的水泥(矿粉 、粉煤
灰 )等材料水化反应时放 出热量 ,从而导致混凝土温
度升高的一种工程现象。当混凝 土升温时,体积将
受热膨胀 ,反之将收缩。如果混凝土的膨胀或 收缩
不受任何限制 ,那 么在混凝土 内 ,将不 产生任何应
力 。在实际施工过程 中,混凝土必须浇筑在地基或
老混凝土上 ,混凝土的温度变形受到约束作用而产
生温度应力。在混凝土内部 ,先后浇筑 的时间不同、
散热条件不同等原 因导致混凝土内部温度场呈非线
性分布 ,出现变形不一致的现象 ,因而在混凝土内部
也将产生温度应力 。
由于混凝土的弹性模量是随着混凝土的龄期增
长呈非线性增长 ,所以早期温度升高和后期温度 降
低 ,即使在同等温差条件下 ,所产生的应力也是不同
的。当混凝土的温度应力大于混凝土相应龄期 的抗
拉强度时,混凝土将会出现裂缝 。此外 ,由于混凝土
内、外部散热条件不同将导致其 内外部之间存在温
度梯度 ,使得混凝土的内部和外表面之间产生约束
应力 ,最终也可能导致大体积混凝土开裂 。在进行
混凝土水化热分析时 ,需要根据结构的施工过程、气
候条件 、混凝土的热学性能按热传导原理求出温 度
场后 ,再由温度场分布情况 、混凝土结构约束条件以
及混凝土性能参数 (如弹性模量 、线膨胀系数等)得
出混凝土构件应力场分布 。
2 承台水化热模拟计算
由于大体积混凝土温度应力场 随着混凝土温
度、弹性模量以及内外部约束条件 的不断变化 而变
化,另外 ,混凝土的早期徐变特性会造成温度应力的
很大松弛 ,这 在温度应力计算 中也是不能忽略 的。
因此 ,为对大体积混凝 土水化热的温度场及应 力场
进行有效分析 ,通常可采用有限元 软件进行模 拟计
算。下面以某桥 承台施工 为例,运用 MIDAS进行
水化热模拟计算 。
2.1 承 台参数
某桥承台平面为哑铃形 ,两端为 13.2 m(长)×
13.2 m(宽)×4 m(高)的矩形 ,中间段为 8.2 m(长)
×5 m(宽)×4 m(高)的系梁,系梁与两边承台之间
垂直连接 ,如 图 1所示 。承台采用 C30混凝土 ,配
合 比见表 1。
2.2 热工参数计算
在进行水化热分析时 ,所需要计算的热
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