大型泵站底板集水井層混凝土溫度與應力仿真

以南水北調東線工程睢寧二站為例,建立了泵站整體混凝土溫度應力三維有限元分析模型,運用非線性有限元軟件adina分析其混凝土底板冬季施工期溫度和應力變化規(guī)律與開裂機理,研究了表面保溫措施對底板混凝土溫度和應力的影響。結果表明,草墊養(yǎng)護保溫措施降低了冬季施工期泵站底板混凝土的內外溫差,減小了混凝土表面拉應力,防止了表面裂縫的產生。

大體積混凝土的廣泛使用，以及混凝土結構中溫度裂縫的產生，使工程技術人員越來越關注早期混凝土熱學和力學性質，以便能夠進一步預測混凝土結構的溫度場、應力場和溫度裂縫。大體積混凝土分層澆筑過程中溫度場的仿真分析有一定的技術難度和復雜性，而利用有限元程序ansys通用平臺，討論模擬混凝土溫度場理論上的可行性，為研究仿真計算提供了依據(jù)。

根據(jù)三維熱傳導理論,運用有限元軟件midas,建立大橋承臺大體積混凝土有限元計算模型,對澆筑溫度場進行仿真分析,研究了溫度場以及溫度應力在承臺內部分布和隨時間變化的規(guī)律,并與實測結果進行比較,結果表明仿真分析數(shù)據(jù)與實測結果擬合較好。

基于有限差分法，對某核電站筏板基礎工程的大體積混凝土溫度場進行了計算；并在此基礎上通過溫度應力的計算對此工程大體積混凝土進行了抗裂驗算；最后，結合此工程對大體積混凝土的溫控措施進行了初步探討。

16 中國水科院科學技術獎2012年度獲獎成果匯編 1.4大體積混凝土溫度應力與溫度控制 ?簡要信息 【獲獎類型】理論特等獎 【任務來源】從1955年開始，結合梅山、響洪甸、新安江、古田、劉家峽、小 灣、三峽等數(shù)十座混凝土壩設計與施工的實踐進行研究 【課題起止時間1995年～2012年 【完成單位】中國水利水電科學研究院 【主要完成人】朱伯芳 ?立項背景 本書作者1951～1957年參加我國第一批三座混凝土壩（佛子岺壩、梅山壩、 響洪甸壩）的設計和施工，這些工程根據(jù)當時國外文獻的介紹，都采取了與國外 類似的水管冷卻等溫控防裂措施，但實際上都產生了裂縫。使作者認識到溫控防 裂是混凝土壩建設中的一個比較復雜、值得深入研究的課題。 1957年底作者被調到中國水利水電科學研究院，分工擔任混凝土高壩研究。 當時已進入水利水電建設的高潮，三門峽、新安江、古田、劉家峽等數(shù)

16 中國水科院科學技術獎2012年度獲獎成果匯編 1.4大體積混凝土溫度應力與溫度控制 ?簡要信息 【獲獎類型】理論特等獎 【任務來源】從1955年開始，結合梅山、響洪甸、新安江、古田、劉家峽、小 灣、三峽等數(shù)十座混凝土壩設計與施工的實踐進行研究 【課題起止時間1995年～2012年 【完成單位】中國水利水電科學研究院 【主要完成人】朱伯芳 ?立項背景 本書作者1951～1957年參加我國第一批三座混凝土壩（佛子岺壩、梅山壩、 響洪甸壩）的設計和施工，這些工程根據(jù)當時國外文獻的介紹，都采取了與國外 類似的水管冷卻等溫控防裂措施，但實際上都產生了裂縫。使作者認識到溫控防 裂是混凝土壩建設中的一個比較復雜、值得深入研究的課題。 1957年底作者被調到中國水利水電科學研究院，分工擔任混凝土高壩研究。 當時已進入水利水電建設的高潮，三門峽、新安江、古田、劉家峽等數(shù)

在水庫大壩、電站廠房、船閘等水工建筑物的大體積混凝土澆筑過程中,容易產生裂縫。利用有限元分析方法,對大體積混凝土澆筑過程的溫度場進行仿真分析,得出大體積混凝土澆筑過程溫度場隨時間的變化規(guī)律,并與實際澆筑過程中的混凝土溫升監(jiān)測結果進行對比,驗證仿真分析的可行性,以進一步優(yōu)化混凝土澆筑方法和溫控措施。

在水庫大壩、電站廠房、船閘等水工建筑物的大體積混凝土澆筑過程中,容易產生裂縫。利用有限元分析方法,對大體積混凝土澆筑過程的溫度場進行仿真分析,得出大體積混凝土澆筑過程溫度場隨時間的變化規(guī)律,并與實際澆筑過程中的混凝土溫升監(jiān)測結果進行對比,驗證仿真分析的可行性,以進一步優(yōu)化混凝土澆筑方法和溫控措施。

大體積混凝土溫度應力及其計算

為研究大面積混凝土的溫度變形問題，針對地下車庫底板和頂板摻與不摻密實劑的c40大面積混凝土，進行了彈性模量試驗，利用振弦式應變計和熱電偶進行了應變、溫度現(xiàn)場實測，進行了溫度應力分析。研究表明：混凝土彈性模量隨著齡期的增長而增大；混凝土內部的應變均為膨脹，應變隨著溫度的降低而增大；摻入密實劑后應變顯著減??；混凝土內部的應力均為膨脹壓應力，比起不摻密實劑的混凝土，摻密實劑的混凝土壓應力較小。

關于大面積混凝土溫度應力的研究——本文主要闡述施工中多采用部分預應力混凝土框架蛄構，不設或少設仲i騫縫，作者從自己施工中所積累的經(jīng)驗，如何解決、預防此類問題發(fā)生?！　?/p>

大體積混凝土溫度應力計算

大體積混凝土溫度應力控制——通過石家莊市槐安路跨南水北調大橋主橋承臺大體積混凝土施工經(jīng)驗，總結了控制大體積混凝土溫度應力一些具體措施。　　

大體積混凝土溫度應力計算 1.大體積混凝土溫度計算 1）最大絕熱溫升值（二式取其一） * *)*( c qfkm tch（3-1） )1( * * ) mtc thec qm t（（3-2） 式中： th——混凝土最大絕熱溫升（℃）； mc——混凝土中水泥用量（kg/m 3 ）； f——混凝土中活性摻合料用量（kg/m 3 ）； c——混凝土比熱，取0.97kj/(kg·k）； ρ——混凝土密度，取2400（kg/m3）； e——為常數(shù)，取2.718； t——混凝土齡期（d）； m——系數(shù)，隨澆筑溫度而改變，查表3-2 表3-1不同品種、強度等級水泥的水化熱 水泥品種水泥強度 水化熱q（kj/kg） 3d7d28d 硅酸鹽水泥 42.5314354375 32.5250271334 礦渣水泥32.5180256334

大體積混凝土溫度應力計算 1.大體積混凝土溫度計算 1）最大絕熱溫升值（二式取其一） * *)*( c qfkm tch（3-1） )1( * * ) mtc thec qmt（（3-2） 式中： th——混凝土最大絕熱溫升（℃）； mc——混凝土中水泥用量（kg/m3）； f——混凝土中活性摻合料用量（kg/m3）； c——混凝土比熱，取0.97kj/(kg·k）； ρ——混凝土密度，取2400（kg/m3）； e——為常數(shù)，取2.718； t——混凝土齡期（d）； m——系數(shù)，隨澆筑溫度而改變，查表3-2 表3-1不同品種、強度等級水泥的水化熱 水泥品種水泥強度 水化熱q（kj/kg） 3d7d28d 硅酸鹽水泥 42.5314354375 32.5250271334 礦渣水泥32.5180256334 表3-

由水泥水化過程中釋放的水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮產生的溫度應力,是大體積混凝土產生裂縫的主要原因。結合某工程無損檢測廠房,對大體積混凝土溫度進行預測與實測,從而計算溫度應力,得出要保證該工程混凝土不產生裂縫,需保證混凝土內外溫差小于12℃的結論。

闡述了大體積混凝土溫度應力的類型以及形成過程,并對大體積混凝土溫度應力的影響因素進行了理論分析,通過工程實例所測數(shù)據(jù)分析了大體積混凝土溫度應力的變化規(guī)律.結果表明:溫度變化大致可分為溫度快速增長、溫度快速下降以及溫度緩慢下降三個階段,鋼筋應力變化可分為壓應力快速增長和壓應力緩慢減小直至部分鋼筋受拉兩個階段,混凝土內部的鋼筋應力曲線與溫度呈負相關性變化.

為更好地研究實際工程中壩體裂縫情況、防止裂縫的產生,本文根據(jù)熱傳導理論,對高海拔地區(qū)大體積混凝土的溫度應力進行有限元仿真計算,結果表明:裸露的混凝土表面極易產生拉應力,從而導致混凝土容易出現(xiàn)表面裂縫,影響壩體安全。這與實際工程中壩體裂縫出現(xiàn)的部位穩(wěn)合,對工程設計及施工中防止裂縫的產生、保障壩體安全具有重要意義。

港珠澳大橋西島暗埋段為大體積混凝土結構,施工前必須根據(jù)實際工況對大體積混凝土進行溫度應力仿真分析計算。通過應用大型有限元軟件midas/civil,按照港珠澳大橋島西島暗埋段的實際尺寸和施工組織計劃建立有限元模型進行仿真分析計算,同時考慮施工階段、大氣溫度、養(yǎng)護條件、冷卻水管、混凝土配合比等設置計算參數(shù),根據(jù)計算結果制定了相應的防裂技術措施,以達到提高結構的承載力和耐久性的目的。

闡述了混凝土溫度場和應力場的有限元仿真計算分析的基本原理,并基于上述理論,以ansys為平臺,編制了混凝土三維非穩(wěn)定溫度場和應力場的仿真計算程序,同時通過大量算例驗證了程序的正確性。

對大體積混凝土溫度應力及溫度裂縫的研究——本文對大體積混凝土溫度應力產生的原因進行了詳細分析.并對由其引起的溫度裂縫提出了具體的防止指施。同時引用工程實例，表明這些方法和措施具有良好的效果，可確保大體積混毅土的施工質t.

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