[大体积混凝土温度场参数敏感性分析] 大体积混凝土温度要求
时间：2019-05-17 03:26:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：大体积混凝土结构由于尺寸巨大，水化热温度差是其必须考虑的主要问题之一。本文应用有限元软件MIDAS对某悬索桥大体积混凝土锚碇的温度场进行了仿真分析，对分层厚度、粉煤灰掺加与否，冷却水管通水流量大小、冷却水管布置方式等参数进行了敏感性分析，取得了一些具有施工指导意义的结论。
关键词：大体积混凝土；锚碇；裂缝；水化热温度场；冷却水管；有限元仿真
Abstract: the mass concrete structure because of vast size and temperature difference is the hydration heat must be considered one of the main problems. This paper using finite element analysis software on a suspension bridge MIDAS mass concrete of the anchorage of the temperature field simulation analysis, the layered thickness, fly ash by adding or not, cooling water pipe out water flow size, cooling water piping layout mode parameters, such as a sensitivity analysis, made some has guiding significance to the construction of the conclusion.
Keywords: mass concrete; Anchorage; Crack; The hydration heat temperature field; Cooling pipes; Finite element simulation
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着近年来我国桥梁工程的迅速发展，大体积混凝土结构越来越广泛地应用于桥梁工程中，其水化热引起的温度控制问题也引起了人们的高度重视。大体积混凝土工程必须妥善处理温差、干缩等变化，正确合理地减少或消除内应力，把裂缝的生成和开展控制到最小程度。在大体积混凝土的施工过程中，水泥的水化作用放热引起混凝土内部温度急剧上升，由于混凝土导热性差，导致温度积聚在内部，而表面温度与空气接触散热而温度较低，产生内外温差，混凝土内部产生拉应力。如果拉应力超过一定限值，就会形成裂缝[1-3]。本文以某悬索桥大体积混凝土锚碇为研究背景，对混凝土分层厚度，粉煤灰掺加与否，冷却水管通水流量大小等参数进行了敏感性分析。研究表明：分层厚度越薄，混凝土内部最高温度越低；掺加粉煤灰对混凝土内部最高温度有重要影响，可有效降低温度峰值；混凝土内部最高温度随冷却水管流量的增大而降低，但是超过临界流量之后，冷却降温效果增加不明显。通过以上参数敏感性分析为其他类似工程正确制定施工方案提供借鉴。
2 大体积混凝土温度裂缝的成因及温度仿真分析的意义
在大体积混凝土结构的设计和施工中，通常要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。当结构只承受自重、水压力等外荷载时，实现这一目标比较容易。但是在大体积混凝土的施工和运营阶段，在自身水化热、气温、水温、基岩效应、冷却水管通水冷却效应、新旧混凝土相互作用等多种因素的共同影响下，混凝土内部的温度变化很大，会产生较大的拉应力，而要把这种由于温度变化所引起的拉应力控制在允许范围之内是颇为困难的。大量工程实践表明，不少大体积混凝土结构在施工阶段就已经开裂。
大体积混凝土结构的温度裂缝对其使用寿命有较大的危害，即使是一般的表层裂缝对混凝土的耐久性也是相当有害的。一旦表层裂缝继续扩展形成深层或贯穿裂缝，危害将会更加严重，因为这两种裂缝不仅损坏了结构的完整性，而且会改变结构的受力条件和设计状态，进而有可能破坏结构局部或整体。历史上，由于对大体积混凝土温度裂缝问题认识或考虑不足，没有采取合理有效的温控防裂措施，国内外很多大体积混凝土结构都出现了严重的裂缝，影响结构的正常使用，被迫采取补救和处理措施，不但费时费力，且耗资巨大。
大体积混凝土结构温度裂缝的产生绝大部分是由于混凝土水化热和外界环境气温变化引起的温度应力及收缩作用超出了混凝土的抗拉强度所能承受的最大拉应力所致，或更为准确地从混凝土变形的角度上来说，是由于温度及收缩变化引起的约束拉应变超出了混凝土的极限拉伸值。
在大体积混凝土结构中，温度变化不仅会引起结构应力状态的改变，而且可能会引起裂缝[4]。温度应力与结构形式、材料特性、气候条件、施工过程和运营条件等多种因素密切相关。温度控制措施是大体积混凝土结构设计和施工中的重点环节，因此，旨在防止裂缝产生的大体积混凝土温度仿真分析及其应用具有十分重要的意义。
混凝土的弹性模量、水化热、徐变和自生体积变形是随时间而变化的，影响混凝土温度的气温、水温、日照、风等外部环境条件也都随着时间而变化，施工工序的进行和养护方法的采用也都有其先后的次序，这些都决定了要准确模拟分析大体积混凝土结构浇筑阶段和运行阶段的温度场和温度应力，必然要考虑实际中各种随时间变化的因素的影响。
大体积混凝士温度场和温度应力仿真分析的内容和任务就是采用有限元法或其他方法，模拟混凝土浇筑过程的实际情况，模拟随时间变化的混凝土的弹性模量、水化热、徐变和自生体积变形等材料特性，模拟施工过程中的气温、水温、日照、风等各种因素的变化情况，确定准确的边界条件，分析大体积混凝土结构内部的温度场和应力场，得出它们的分布情况和随时间的变化规律。对大体积混凝土施工阶段和运营阶段进行仿真模拟分析，一是可以对已经存在的裂缝的形成原因进行分析，对裂缝进行处理，同时为其他类似工程提供经验和借鉴；二是进行温控设计，制定合理可行的温控方案，尽量避免或减少裂缝尤其是危害性裂缝的生成和发展。
3 工程概况和计算模型的建立
3.1 工程概况
某在建单跨简支钢桁架悬索桥两岸锚锭均为大体积混凝土重力式锚碇。锚块分两幅浇筑，小基坑采用C30混凝土，分5层浇筑，平面尺寸为27×18.5m。图3.1-1为小基坑分层浇筑及冷却水管侧面布置图。图3.1-2为各层冷却水管平面布置图。小基坑锚块共分5层，其中第1~4层的厚度为1.5m，第5层为2m。层间间歇期均为6天。
图3.1-1 小基坑混凝土分层浇筑及冷却水管侧面布置图（单位：cm）
图3.1-2 冷却水管侧面布置图（单位：cm）
3.2 建模分析
采用MIDAS/CIVIL软件进行澧水大桥花垣岸锚碇的水化热分析。根据结构的对称性，选取一半结构进行建模分析。采用实体单元模拟锚碇小基坑锚块，模型及管冷的模拟见图3.2-1，共计3300个单元，4056个节点。层间间歇期按实际施工均取为6天。
图3.2-1 小基坑锚块管冷模型图
4 大体积混凝土温度场参数敏感性分析
影响大体积混凝土温度场的参数众多，水泥水化热、混凝土的配合比、混凝土弹性模量、外界气温、分层厚度等多种因素都会对大体积混凝土的温度场有着不容忽视的影响[5-6]，本文选取混凝土分层厚度，粉煤灰掺加与否，冷却水管通水流量大小等参数，研究这些参数对大体积混凝土温度场最高温度的影响。
