大体积混凝土结构温度控制及有限元分析

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发布时间：2022-07-03

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摘要：铜陵长江公铁两用大桥主桥为写体#%
混凝土浇筑完成后,在水泥水化热作用下可看
+630+210+120+90）m 七跨连续钢桁梁斜拉桥。该桥3
成有内部热源强度且具有瞬态温度场的连续介质，
号4号墩承台和塔座均为大体积混凝土结构,为避免大体
其瞬态温度场的计算实质上是三维非稳态热传导方
积混凝土在施工过程中出现裂缝,以4号墩承台、塔座为研
程在特定初始条件和边界条件下的求解。
究对象,基于瞬态温度场的计算原理,通过有限元模型对混
2.1 热传导方程
凝土施工过程中的温度场进行模拟，计算混凝土的温度一时
在固体的热传导中,热流量 q（单位时间内通过
间曲线,提出切实有效的温度控制措施。分析结果表明采
取适当的温控措施（如水管冷却等)可有效降低混内部
单位面积的流量）与温度梯度 aT/ax 成正比,但热
最高温度和内外温差,控制温度应力和温度裂縫。
流方向与温度梯度方向相反(1)再根据混凝土在绝
关键词：铜陵长江公铁两用大桥：大体积混凝土；溫度
热条件下由于水化热作用引起温度上升,可得出混
应力；裂缝；控制；有限元法
凝土的热传导方程为
aT
a2T
azT
OT
+30
ar
a
ax2
ay2
az2
(1)
at
1 引言
a = A/qp
（2）
式中,T为温度（℃）：为时间(h）;0为混凝土的绝
随着桥梁建设的快速发展，大跨径桥梁越来越
多,大体积混凝土结构在桥梁工程中的应用也越来
热温升（℃）；为导温系数（m?/h）；1 为混凝土的导
越广泛,如桥墩、承台、基础、锚碇等都属于大体积混
热系数(W/m·℃)；c 为混凝土的比热（kJ/kg - ℃）；
凝土结构。由于大体积混凝土结构的截面尺寸较
0为混凝土的质量密度（kg/m3）。
大,所以由外荷载引起裂缝的可能性很小,但水泥在
2.2 初始条件和边界条件
水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化和
热传导方程建立了温度与时间、空间的关系，为
混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和
了确定温度场，还必知道初始条件和边界条件。
收缩应力，从而导致混凝土结构出现裂缝。这些裂
初始条件为在初始瞬时混凝土内部的温度分布规
缝会对结构造成危害，影响结构的整体性和耐久性。
律,边界条件为混凝土表面与周围介质（如空气和
因此,温度应力与温度裂缝的控制是大体积混凝土
水）之间温度相互作用的规律。
施工控制中的一个重要问题。
在初始瞬时,温度是坐标(x，),2)的已知函数
本文以铜陵长江公铁两用大桥为背景,基于瞬
To(ary,2),即当r=0时
态温度场计算原理，采用有限元法进行大体积混凝
T(a,y,z,O)= T.(a,2）
（3）
土结构裂缝控制研究。
在很多情况下，可视初始瞬时温度为混凝土的
浇筑温度,即为常数 TO。
2 温度场计算原理
边界条件可由以下4种方式给出口：① 第一类
边界条件。混凝土表面温度 T是时间的已知函数，
混凝土温度场的计算与求解实际上是一个热学
即 T(r)= f(r)。②第二类边界条件。混凝土表面
问题13。分析大体积混凝土温度场,需要根据当地
的热流量是时间的已知函数,即一10T/an=/(r),
气候条件、施工方法及混凝土的热学特性，按热传导
式中,n 为表面外法线方向。③ 第三类边界条件。
原理进行计算。
当混凝土与空气接触时，假定经过混凝土表面的热