基于ANSYS的混凝土绝热温升数值模拟

发布时间：2017-03-24 15:07

  本文关键词：基于ANSYS的混凝土绝热温升数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着混凝土在各种工程中的应用更加广泛,混凝土的耐久性越来越受到人们的重视。水泥发生水化反应产生热量,温度不断升高,混凝土结构在早龄期由于温度等非荷载原因产生的裂缝会影响结构的安全性和耐久性,且混凝土绝热温升是温度控制的一个重要指标,研究混凝土绝热温升对于量化热应力和评估混凝土温度裂缝的影响有很重要的意义。随着人们对混凝土水化热的研究探索,发现在混凝土中掺入粉煤灰、减少胶凝材料用量、采用较大水胶比的配合比均能够减少混凝土的水化热,提高混凝土结构的耐久性。利用有限元软件对混凝土绝热温升进行热-固耦合数值模拟,可以得到更精确的温度变化过程,相比传统计算方法,可以在保证精度的前提下大大减少工作量。本文通过混凝土绝热温升试验,分别研究了水胶比、粉煤灰掺量以及入模温度三个因素的变化情况对混凝土绝热温升性能的影响,并将得到的试验数据进行回归分析,提出了包含多个影响因素的绝热温升计算公式,最后利用ANSYS有限元软件,以试验结果为依据,对混凝土块体构件进行了温度场和应力场的模拟。研究的结果表明:(1)通过对不同水胶比、粉煤灰掺量和入模温度下的混凝土进行绝热温升试验,得到了不同配合比的绝热温升值和温度变化过程,水胶比越大,混凝土胶凝材料的水化环境相对较好,水化放热过程提前,粉煤灰等量取代水泥可以有效降低混凝土的绝热温升,推迟放热峰,入模温度对混凝土7d的绝热温升值影响很小,但对早期绝热温升影响显著,随入模温度升高,胶凝材料水化反应速率加快,温度升高。(2)通过对绝热温升试验得到的数据进行回归分析并确定相关参数,推导出了考虑水胶比、粉煤灰掺量和混凝土温度影响的绝热温升计算模型,通过与实测数据进行比较,验证了公式的准确性,可以利用计算模型预测混凝土的绝热温升过程,对于实际工程,具有一定的实用价值。(3)对混凝土构件进行ANSYS有限元数值分析,得到了施工期混凝土构件的温度场分布及应力场分布,温度对结构的影响很大,尤其是大体积的混凝土,混凝土构件中块体中心处与外界难以发生热交换,不断积聚热量使温度升高,会逐渐膨胀产生压应力,而混凝土外部则随着外界环境温度的下降产生拉应力,因此对大体积混凝土要及时采取冷却降温措施,避免温度骤升骤降产生温度裂缝及温度应力。
【关键词】：绝热温升 混凝土 数值模拟
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究的背景10-11
• 1.2 国内外研究进展11-16
• 1.2.1 混凝土绝热温升研究进展11-14
• 1.2.2 温度场和应力场预测应用研究进展14-16
• 1.3 存在的问题16-17
• 1.4 本文的研究意义和内容17-18
• 第二章 试验方案设计18-25
• 2.1 概述18
• 2.2 试验原材料18-21
• 2.3 配合比设计21-22
• 2.4 试验设备22-23
• 2.5 混凝土绝热温升试验方法23-25
• 第三章 混凝土绝热温升的试验研究25-34
• 3.1 概述25
• 3.2 结果分析25-33
• 3.2.1 混凝土绝热温升的影响因素27-30
• 3.2.2 混凝土绝热温升的拟合分析30-33
• 3.3 小结33-34
• 第四章 有限元计算理论34-45
• 4.1 有限元计算理论34-35
• 4.2 混凝土温度场计算理论35-41
• 4.2.1 温度场的概念35
• 4.2.2 控制方程35-37
• 4.2.3 定解条件37-38
• 4.2.4 热传导原理38-39
• 4.2.5 导热系数39
• 4.2.6 温度场的有限元求解39-41
• 4.3 混凝土应力场计算理论41-43
• 4.3.1 应变增量41-42
• 4.3.2 应力场的有限元求解42-43
• 4.4 热力学有限元分析43-45
• 4.4.1 常用的热分析单元43-44
• 4.4.2 热分析的种类44
• 4.4.3 热分析的基本过程44-45
• 第五章 混凝土绝热温升的数值模拟45-53
• 5.1 概述45
• 5.2 模型的建立45-47
• 5.2.1 材料属性45
• 5.2.2 气温条件及热生成函数45-46
• 5.2.3 分析步骤46-47
• 5.3 模拟的结果47-52
• 5.3.1 混凝土构件温度场分布47-49
• 5.3.2 混凝土构件温度应力场分布49-52
• 5.4 小结52-53
• 第六章 结论与展望53-55
• 6.1 结论53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 作者简介60

【参考文献】

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本文编号：265766