桥梁大体积混凝土承台水化热温度场和温度应力研究

发布时间：2020-07-12 00:42

【摘要】：大体积混凝土相关问题最早在水利工程建设中被提出,随着近几十年来我国桥梁事业迅速发展,对于桥梁的跨越能力要求越来越高,大体积混凝土承台、桥台、桥墩、零号块、锚碇等构件越来越多的出现在桥梁建设中。与大型水工结构物多使用低热的碾压混凝土不同,桥梁大体积混凝土构件为满足强度需求,多使用普通强度混凝土或高强度混凝土,在施工过程中水泥的水化反应会产生大量水化热,由于混凝土导热性能差,水化热在构件内部不断积聚,使构件内外存在较大的温差,在混凝土体表面产生较大的拉应力,若拉应力超过容许抗拉强度,则会有温度裂缝产生,影响结构的性能。因此,对桥梁大体积混凝土水化热温度场和温度应力的研究至关重要。本文以武汉市北四环府河特大桥为工程背景,基于温度场和温度应力的计算理论,利用有限元软件ANSYS的APDL语言编写计算程序,对考虑水管冷却效果的大体积混凝土承台温度场和温度应力进行模拟分析,主要工作如下:(1)比较系统地查阅了国内外关于大体积混凝土和冷却水管相关问题的理论研究、试验研究和数值模拟研究等方面的发展历史和研究现状,为本文所做研究提供了有益的参考。(2)根据考虑冷却水管效果的混凝土温度场计算理论,利用热流耦合的方法模拟混凝土与冷却水管之间的对流换热,并详细说明了利用ANSYS进行承台瞬态热分析的实现过程。根据不同龄期的承台温度有限元计算结果和特征点温度时程曲线,得到大体积混凝土水化热温度场的基本规律,并分析了分层浇筑、拆除保温材料、停止水管通水对混凝土温度场的影响。介绍了承台混凝土温度监测流程,对比承台温度监测结果和有限元计算结果,分析误差来源,判定有限元模型准确性。(3)根据有限元温度应力计算理论,利用热应力分析的间接法计算承台温度应力,并详细说明了ANSYS瞬态热分析转换为结构分析的实现过程。提取按第四强度理论计算的等效应力研究承台表面单元和水管入水口附近单元的最大拉应力发展情况,提取X方向正应力研究承台内部应力发展情况,得到承台温度应力分布规律,并判断承台表面和水管附近混凝土是否会开裂。(4)分别研究混凝土入模温度、水管入水温度、水管入水流速、水管通水时长四个变量变化对承台温度分布、里表温差和温峰出现时间的影响,并从混凝土材料选择、入模温度控制、水管冷却、表面保温方面给出温控建议。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441.5
【图文】：

温度曲线,大体积混凝土,规律,温度

10 大体积混凝土中某一点附近温度和弹性模量的变化规律pT 是混凝土浇筑时的入模温度，若结构一直处在绝热状态，混虚线所示的绝热温升曲线发展；然而实际工程中结构极少处水化作用放出大量水化热的同时，结构本身也一直向外散发热般会沿图中波浪状实线上下起伏，在达到温度峰值 +p rT T 后进是水化热温升；大体积混凝土结构多采用分层浇筑施工，后后，先浇的老混凝土受到后浇的混凝土水化热影响，温度略，因此温度变化曲线大体呈现向下的波浪状；若所研究的点心附近，则温度最后将降至最终稳定温度fT ；若所研究的点面附近，则在降温过程中，该点温度仍会受外界温度变化的波动，如图中晚期阶段波浪状温度曲线所示，温度最终会在幅度起伏，称之为准稳定；另外，因混凝土导热性能极差，从最高温度降到稳定温度的过程可能会十分缓慢，为了达到

微元体

土内外温差的目的，大体积混凝土结构施工中凝土内部预埋冷却水管）辅助降温，如图中点剧上升，因此人工冷却应尽早开始，且一直持续程与边值条件程两个主要问题：一是温度场求解问题，根据初求解热传导方程，解得温度场 T ( x , y , z , t )；二是热果 T ( x , y , z , t )，给定初始条件和弹性力学边界条位移场 U ( x , y , z , t )，再由材料本构关系求出应力t )和 ( , , , )ijσ x y z t的发展过程和分布规律。的均匀各向同性固体中取一极小的六面体dxdyd

平面问题,有限元法,热流量,接触界面

则热流量在接触界面上( )11 1 21 21 21cTT Tn RT Tn nλλ λ = = 热阻，2m h °C /kJ，可通分法求解，进而得到混凝度场的求解，而有限元法导出求解温度场的有限元法

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