贷款知识培训课件---.ppt

贷款知识培训课件---.ppt有限元计算在多年冻土区混凝土灌注桩温度场分布
黑龙江省混凝土及外加剂专家委员会
摘要:针对在多年冻土地区建设青藏铁路时混凝土桥灌注桩水化放热引起周围冻土温度场变化这一实际工程问题,采用伽辽金法推导出带相变的瞬态温度场问题的有限元公式,在考虑混凝土作为放热边界的条件下综合考虑了气温变化、风速等多种因素,建立了多年冻土区混凝土桥灌注桩水化放热的传热模型,计算了由于混凝土水化放热引起的冻土温度场变化。结果表明,混凝土水化热在浇注后半年内对多年冻土的温度场影响很大,回冻时间(融化的冻土温度重新回到天然状态的时间)长达2年以上。而用粉煤灰和硅灰取代一定质量的水泥可以减少混凝土水化热对冻土热状况的影响。
关键词:多年冻土;水化热;温度场;有限元
我国北方各省和西部的青藏高原属于寒冷地区或冻土区。冻土是温度低于0℃且含有冰的土岩。而多年冻土在两年或两年以上都处于冻结状态,只有表层几米的土层处于夏融冬冻的状态[1]。在多年冻土地区的主要工程地质问题有融沉、冻胀等不良地质现象。西部开发以来,青藏铁路格尔木—拉萨段将穿越多年冻土地段约553公里,
收稿日期:2004-07-06。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50078019);
哈尔滨工业大学校交叉学科基金项目(HIT. MD )。
作者简介:巴恒静(1938~),男,教授,博导;刘爱萍(1979~),女,硕士。
线路通过许多山脉和盆地,复杂的地形要求线路只能“以桥代路”。而混凝土桥灌注桩的使用却给环境带来了反作用,由于高强度、高耐久性等大体积混凝土在实际工程中的应用,混凝土在水化过程中放出大量的热,从而使周围冻土层不同程度的融化,造成建筑物的不均匀沉降。不仅如此,混凝土还是一种导热性很差的建筑材料。大体积Received date:2004-07-06。
Biography:Ba Hengjing (1938~), male, professor;
Liu Aiping(1979-),female, master.
E-mail: bahengjing2001@ ;******@hit.
混凝土由于中心温度高,散热慢,温度梯度大,在施工后相当长的时间内混凝土水化热对冻土都有影响。本文针对这一实际工程问题,建立传热模型,研究了混凝土水化放热的规律,采用伽辽金法推导有限元公式来计算带相变的瞬态温度场,研究冻土温度场的变化规律,从而指导实际工程设计。本文通过改变混凝土配比的方法,找到适合多年冻土区施工要求的低热、早强混凝土以减小水化热对冻土温度场的影响。
1 传热模型的建立
控制微分方程
多年冻土的融化过程是伴随着相变的导热过程,这类问题的特点是控制方程是非稳态导热方程,区域内存在着一个随时间移动的两相界面,在该界面上放出或吸收潜热,因此称之为“移动边界问题”[2]。相界面把区域分为两部分,在固相区域DS的瞬态温度场热量平衡微分方程为:
(1)
在液相区域DL的瞬态温度场热量平衡微分方程为:
(2)
两个温度场在相变界面S(t)上耦合,即要满足温度连续条件和能量守恒条件:
(3)
(4)
式中,为物体的瞬态温度,℃;为过程进行的时间,s;和分别为冻土和融土的导热系数,W/(m·℃);为密度,kg/m3;和分别为冻土和融土的定压比热,