在大体积混凝土结构设计与施工中，温度控制和裂缝防治是非常重要的课题。对混凝土建筑物 结构 ，温度变化是裂缝产生的重要原因。为了能够准确的掌握结构的温度场和应力场的分布规律，文中引入仿真 方法进行多因素、全过程的数值分析。对温致开裂的预防，以及优化施工工艺都具有极其重要的意义。通过调查 研究 ，分析水化热温升致裂的机理 ，并给出对大体积混凝土温度应力的类型、特点及温度应力场的规律。采用 AN— SYS有限元数值模拟对大体积混凝土不同位置的温度和应力随龄期的变化进行了较为详细的分析和讨论。 【关键词】 大体积}昆凝；土水化热；ANSYS；温度应力场 ；模拟 【中图分类号】 TU502．4 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)08—0018—02 由于混凝土是复杂 的多相材 料 ，其极 限拉 伸变 形 较 小 ，当 拉 应 力 超 过 抗 拉 强 度 时 ，结 构 就 会 产 生 裂 缝 。温度应力在数值上有可能超过其 荷载所 引起 的应 力 ，因此结构的应力 状态要 充分考 虑温度 变化 的 影 响。水 泥在水化过程 中会产生 大量 的水 化热 ，为了 控 制大体积混凝土水化 温度 ，避 免 由此 产生 的温度 裂 缝 ，目前大多采用温度测 量并辅 之循环 水冷 系统 的方 法 。但是测控 难度 较 大 ，主要原 因由于 结 构 大 ，施 工 周期长 ，影 响 因素 多。因此 ，在量 化 和针 对 性 上有 一 定的盲 目性 。 1 开裂 的机理 对于混凝 土这种 热的不 良导体 ，水泥水 化产 生 的 热量聚集 在 混凝 土结 构 内不容 易 散失 。其 裂缝 产生 的原 因是混 凝 土收缩 产 生 的收缩 应力 及 水 泥水 化过 程 中释放 的 水化 热产 生 的温 度应 力 。产 生 裂缝 原 因 如下 ：(I) 在 混凝 土浇 筑 的初期 ，生成 大 量水化 热使 得混凝 土的温度快速上升 ，表面与 内部 之间形 成 了一 定 的温度 梯度。 (2) 在 浇筑 后一 段 时间 ，水 化热 已经基 本释 放 完毕 ，混凝 土内部逐渐降 温 。但是这 种 降温 受边界 的 约 束使得 混凝土收缩不 能 自由地进行 ，因此容 易产 生 局部开 裂 。 。 2 大体积混凝土温度应力场的 ANSYS仿真 分析 ANSYS有限元分析 软 件提 供 了两 方法 来计 算 温 度应力 ，既顺序耦合 和是 直接 耦合 。文 中采 用顺序 耦 合 热 一结构分 析法 进行 大 体积 混凝 土 温 度应 力 的有 限元分 析方法 。 (1) 计 算模型 计算的混凝土尺 寸为长 18．5m，宽 20．5m，高 2m， 连续浇筑 18h一次 浇 筑完 成 ，属 大体 积混 凝 土 工程 。 [基金项 目] 黑 龙江省科技攻关项 目(GZ10A502) 混凝土设计强 度 C20。计算 模型共 分 为两层 ，上 层为 混凝土浇注层 ，下层 为 地基 ，地 基 的尺寸取 长 37m，宽 41m，高 6m。 (2) 计算参数 的确定 计算 时，大体积 混凝土 和地基 的热学参 数 和力 学 参数如下 ： 混凝 土的 密 度 2400kg／m ，热导 率 200kJ／(1il·d · ℃)，比热 0．97kJ／(kg·℃ )，水 泥 的水化 热方 程 为 Q：Q。(1一exp(一m ·day))，其 中 m=0．384，水泥 最 终水 化 热 总 量 为 Q。=334kJ／kg，水 泥 用 量 为 W = 310kg／m 。混凝 土 的弹 性 模量 为 E=E。(1一exp(一 0．09·day))，其中En为C20混凝土龄期的弹性模量 ， 取值为 25．5GPa。混 凝 土的线膨 胀系 数 0．73×10一， 泊松 比为 0．2。 地基 的 密 度 2600kg／m ，热 导 率 300kJ／(m ·d · ℃ )，比热 0．945kJ／(kg·℃ )。地 基 的弹 性模 量 为 25．5GPa，线膨胀系数 0．73×10～，泊 松 比为 0。2。 (3) 载荷施加及计算 长宽方 向视为无 限大 ，地基 底部 和 四周 侧面 取绝 热边 界条件 ，地基 模 型初始 温度取 l0℃ ，混 凝土 浇 筑 时的初始 温度取 20℃。其属 于热分 析 中 的第 三 类 边 界条件 ，既混凝 土的上表 面及 四周存 在空 气与混 凝 土 的热对 流现 象。上 表面 采 用稻 草麦 秆铺 盖养 护 时 表 面放热 系数取 ．B。=480kJ／(m ·d·℃)，混凝 土 浇 筑 四周采用钢模板 时表 面放热系数取 =800kJ／(m ·d · ℃)，地基 的上 表面放 热 系数取 口=1000kJ／(in ·d · ℃)，周 围环境 温度取 12℃ ，文 中不考 虑环境 温度 随 时间的变化。 3 温度应力场模拟 结果及分析 图 1为不 同龄期 的温度场 变化 过程 的模拟 云 图。

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