大型基础平台混凝土水化热温度有限元分析.pdf

第34卷第8期
建筑
2004年8月
大型基础平台混凝士水化热温度有限元分析
小华李东海华
(上海大学士木系20020
是要」逆过程实対影啊大体积混凝止:水化热度的几个主要因素进行了计算,并利有限元程序模拟
視凝士中的温度场、由分析结果提H了…些搾制温度裂缝的貝体揩诡指导施作並.为人体积混凝十的施T
提供了理论依据。实跋证明这些方法是行之有效的:
关键词]人体秋混十.基础平台水化热温度场裂鏠控制数计算
ve al m ir factors ha have effe t on hydrat ion heat temperaure of mass coner are calculaled through a pract ical
engineering, and the temperature field of concrete by means of finite element programn is simulated. The specific com
trol measures to temperature crack are put forw ard to instruct construction according to the calculating results. It pro-
v ides Lhewrelical basis for e ( on of uass. A ual applic l imm shows thal the nethods are effe.Live
Keywords: Lass concrete; hydration heat; temperature field:; crack coutrol; numerical calculation
程概况
边界条件:承台四周及上表面与周围坏境发生对流换
垆安某层建筑的基础承台平面为62.0m×热,属第:类边界条件,吓境温度即大气度,其对流
43.5m,厚3、5m(外以外部分厚3.0m),承台底标換热公式为
高-17、7m,下设厚100的C15混凝士垫层,面积2697
mn2.沁凝十6523m3.强度等级为C50.属j大体积混凝
入=a,(Y-r
上工程?承台内从上到下配互层钢网片,钢筋总量式:为凝士养护材
的1300
料的导热系数,T为混凝
A3.A2
根据设计要求,承台钢筋接长采用套餚冷挤连土在某时刻的水化热温
接。在承台上中下五层钢筋片诃用甸距为1m的度,a.为混凝十表面养护1
62.0mn
48×3.5的竖向钢管连找,在竖向钢管上,根据钢筋层与空气的对流换热系[
网的高度分別焊接4层闸距为1lm的通长水平角钢数、7。为大气温度、混凝
63×6以支撑钢网片,确保钢筋骨架的稳定性利上:在1=0时刻的初始温1有限元计复型
度?要求一次连续浇捣完整个承台泥凝土.不留任何度为混凝上的入模温度。
结构与施L蝰,保证基忸结构的整体性。共组织家
将碁础承混媛士结构离散为八节点六面体等参
商品凝厂共36辆泥凝上搅拌运输在集中供应相单元。具有内热源物休的三维态溫度场热传导方程
同材料强度等级的混凝士。
为
有限元数值计算论2
该基础承台泥凝土浇筑量大,设计强度等级高.水
泥量大、控制水化热温度裂缝有一定的难度。因此式中:a为凝二的导温系数,の为单位水泥28d累积
利用有限元数值计算程序 MASSTYFI2,根工程特点水化发热量、为时间
对影响水化热温度的各种因素进行计算,为温度控制
α2,[根由伽辽金( Galerkin)法给出单元体
提供决并仫照现场施τ情况改变初始和边界条件,热传导的变分形式,推导了三维瞬态热传导间题的金余
对施过程中的温度场进行模拟,分析各阶段各部位量温度场有限元方程
的温度变化情況,从获得最为有效的初始和边界条
K/TォKd(7=F
件.据此指导施⊥作业,达到控制温度裂缝的目的
基础承台模型如图1所示。承台的边界条件为
Kt+/Kh
承台底面与地基基础发生热交换,设定地基为恒温.与
其接鰒的謎凝:単元与地基发生热传导,属于第“类
ば。J=ン/KJ
F=2/Qソ"+(K
凝土重度2400ym,混凝土.导热系数为8.364kJ/m'h
℃,地基士壤导热系数4.14kJ/mh
并给出了由 V cw mark法得到的水化热非稳定温度场
用有限元计算程序 AA\SYF对水灰比修改
时间增茧矩阵方稈
層混凝上体内温度场进行算.绘出水化热混度随
「K1+A△T/=(F+/ユ
时间变化曲线(图4),它们分別在第达到最高温度
72.8C和68.2℃.可以看出利用混凝上的后期强度使
K1r+?
泥凝土体内最高潟刃下降了4.6C。
分析对比了普通硅酸盐水泥和矿滄砫酸盘水泥?
:.+AT
泥凝士水化熟温升的影响,水化热温度随时倒变化
式中:r为计算系数。以上公式推导及矩阵含义详炖曲线如图5所示。同种标号的两种水泥,犷渣硅
文[2,7
水泥的28d水化发热总量比普通酸盐水泥低30
有限元模拟汕算分析
40kJI/kg,温升平均低3.7~4-.5C。所以在满足设计强
合比设训
度的要求下尽量选用低热的水泥
混凝十施⊥配合比为水泥:水:砂:石:粉煤灰
减水剂=420:175:670.1165:63:8。因基础承台承受
的设计荷載要在较长时间之局才施加于其上,所以允?
普通水ジ
60d没计度
分利用混凝士强度后期增长的特性,将计强度由
284改为60d.以减少水用量,降低水化热混升。泥
30
凝土强度随龄期増长的对数函数关系式如下
202530
51015202530
时间(d
刊(d
1128
图4不设汁强度的
经5不民水泥的
温度时间問残
式中:/为龄n(山的泥凝士抗压强度(MPa),f2s为
博出线
28M混凝:抗床強度(MPa),n为养护龄(d),nフ3
2.混凝⊥.的养护
利用上述函数关系式绘出标谁普通混凝上以2
混凝十:浇筑时按照不同的养护条件(即改变混凝
和60d对应强度作为设计强度时、泥凝土强度随龄期十的导热系数对各单元节点的温度进行计算。各
变化曲线,如图2所示。从该曲线看出,以60作为设利养护材料的热物迎系数嵬表1,放热系数由各树料
计强度与以284作为设计强度相比,强度卜降了14%,热附倒数计算得来
却强度出50MPa降到4.3MPa。出混凝的强度与水
灰比的关系(
材料熟物興系数
导热系数(/mK
放热系数
W/C
0.07
板
900
草袋
(),]4
5.6
如图3所示,当强度由50MPa降釗43MPa时,水灰比卿料薄壊
0.047
9.4
W/CH0.47増至0.5.可以节育水泥175×(1/0.47
1/0.53)=42ks/
有限计算中采用四种养护条件计算了30龄期
的温度场,图6(a)为承台混凝土表面温度随时削变化
9?
0?a
曲线。从图中可看出,在凝十.不覆盖任何薄膜和
0.8
ロ-28d
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