摘要：针对目前对由混凝土热力学性能差异导致的结构温度应力缺乏认知的现状，依据现有理论，定性分析热 胀系数差异和自生体积变形差异对混凝土早龄期温度应力的影响，并采用混凝土三维非稳定温度场和应力 场有限元方法，对这一影响进行仿真计算和定量分析。结果表明，热胀系数差异和自生体积变形差异是早龄 期混凝土结构产生不利拉应力不可忽略的因素，而自生体积变形差异有上下层自生体积变形差和内外自生 体积变形差两种类别，其中前一种自生体积变形差主要取决于间歇时间，后一种自生体积变形差由内外层混 凝土水化程度不同引起。 关 键 词：应力；热胀系数；自生体积变形；混凝土 中图法分类号：TV431 文献标志码：A 混凝土裂缝问题是一项综合性课题，但在以往的 温控防裂研究中，大多只分析混凝土的温度和应 力¨。。，极少对除温度以外其他方面引起的应力问题 作专题研究。在大多数的仿真研究中，只有通过多方 案的定量仿真才能对混凝土结构开裂问题做出定性分 析，但尽管如此，仿真研究仍然无法真正准确预测混凝 土结构的开裂时间、开裂位置以及裂缝发展规律等。 因此，为了能够增强对混凝土结构开裂问题的了解，有 必要对除温度以外的其他因素对混凝土应力的影响开 展研究。一般情况下，大体积混凝土施工需要采用分层分 块浇筑方式，且对于大坝混凝土还需要根据工程目的 和结构特点采用多标号多种类的混凝土。显然，不同 种类或标号的混凝土其热力学性能是不同的，即使是 同一混凝土在不同龄期其热力学性能也往往存在差 异怕。。。而这种除温度以外的热力学性能上的差异对 混凝土结构应力的影响目前尚缺乏研究，为此，本文依 据现有理论和方法，主要从热胀系数的差异和自生体 积变形的差异两方面对混凝土应力的影响开展定性和 定量研究。 1仿真计算基本原理 l 。1不稳定温度场 在计算域R内任何一点处，不稳定温度场T( 戈，Y， z，t ) 须满足热传导方程 等 =口 ( 等 +雾 +窘 )+等 ㈩ i ～【再+万+≯广再 u’ 式中，r 为温度，℃；a为导温系数，m2／h；口为混凝土 绝热温升，℃；t 为时间，d；r为龄期，d。 利用变分原理，对式( 1)采用空间域离散，时间域 差分，引入初始条件和边界条件后，可得向后差分的温 度场有限元计算递推方程，具体见参考文献[ 8]。 1。2应力场 混凝土在复杂应力状态下的应变增量包括弹性应 变增量、徐变应变增量、温度应变增量、干缩应变增量 和自生体积应变增量，因此有 ／A占。}={△s：}+{As：}+{as：。}+{△占：} +{Ae：} ( 2) 式中，{as：}为弹性应变增量；{△占：}为徐变应变增 收稿日期：2012—05—17 基金项目：国家自然科学基金资助项目( 50779010，51109081) ；河南省教育厅科学技术研究重点项目( 12A570002) 作者简介：杨文海，男，讲师，硕士，从事水利工程 面的研究。E—mai l ：ywh7905@126．c or n 通讯作者：陈守开，男，讲师，博士，从事水工结构温控和渗控仿真研究。E—mai l ：man200177@163．t om
第23期 杨文海，等：早龄期混凝土热力学性能差异对应力的影响研究 97 量；{△占：}为温度应变增量，{△s：}为干缩应变增 量；{△占：}为自生体积应变增量。 由物理方程、几何方程和平衡方程可得任一时段 在区域上的有限元支配方程，具体见参考文献[ 8]。 2 理论分析及算例仿真 2．1 热胀系数差 热胀系数是计算混凝土温度应力的一个重要的参 数∞。，它直接影响混凝土温度应力的数值。混凝土与 基础，新混凝土与老混凝土之间以及不同

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