施工阶段水化热分析.doc

施工阶段水化热分析目录概要3分析模型截面数据/5材料热特性值/7结构建模8设定建模环境/8定义构件材料/9定义时间依存材料/10连接一般材料与时间依存材料/11建立结构模型/12输入水化热分析数据25水化热分析控制/25输入大气温度/26输入对流系数/27定义固定温度条件/31定义放热函数/32定义施工阶段/34运行结构分析37查看分析结果37查看温度变化/38查看应力变化/40查看时程图形/42使用动画查看结果/46概要目前大体积混凝土、高强混凝土以及耐久性混凝土正被广泛应用于实际工程中,由水化热引起的温度裂缝也逐渐成为设计人员所关注的课题。水化热引起的温度裂缝大多发生在结构施工初期宽度较大且贯通裂缝比较多,对结构的耐久性、透水性会产生严重影响,因此在设计、施工以及监理阶段需要详细验算水化热引起的温度应力。另外,大体积混凝土结构是分阶段浇筑的,分阶段浇筑的混凝土具有不同的混凝土材龄和热特性值,所以必须分施工阶段做水化热分析。因混凝土水化热引起的温度应力大体分为内部约束应力和外部约束应力。内部约束应力是因为混凝土温度分布的不平衡约束了结构体积的膨胀而发生的应力。在水化反应初期,混凝土表面温度和内部温度差使混凝土表面发生张拉应力;在温度下降阶段因为内部收缩变形大于表面,所以在混凝土内部发生张拉应力。内部约束应力的大小与结构物内外温度差成比例。外部约束应力是因为已浇筑的混凝土或地基表面约束了正在浇筑的混凝土的温度变形而发生的应力。外部约束的影响与接触表面的宽度和外部约束刚度有关。水化热分析包括热传导分析(HeatTransferAnalysis)和温度应力分析(ThermalStressAnalysis)两个过程。热传导分析是计算节点温度随时间的变化量,即计算因水泥水合过程中发生的放热、对流、传导引起的节点温度变化。温度应力分析是使用热传导分析得到的各时间段的节点温度分布以及材料随时间变化的特性、混凝土随时间变化的收缩、混凝土随时间和应力变化的徐变等,计算大体积混凝土各施工阶段应力。本例题对分两阶段浇筑的基础做了施工阶段分析。分段浇筑的混凝土水化热施工阶段分析的建模和分析过程如下。输入一般构件的材料特性值弹性模量、比热、热传导系数输入时间依存性材料特性徐变和收缩、考虑弹性模量的变化建立结构模型建立单元和边界条件水化热分析控制定义积分常数、初始温度环境温度函数对流系数函数单元对流边界输入环境温度函数和对流系数函数之后,定义单元对流边界。固定温度对温度不随时间变化的部分输入固定温度热源函数分配热源输入热源函数之后分配给相应单元管冷考虑管冷时,输入有关数据(选择步骤)施工阶段定义各施工阶段的单元和边界条件运行结构分析热传导分析和温度应力分析查看分析结果查看各时间段温度分布和温度应力*为了明确分析因材龄不同引起的混凝土间的内部约束影响,在本例题中没有包含管冷步骤。关于管冷的内容请参照主页上的“”。分析模型截面数据本例题使用了实际设计当中经常使用的大体积平板基础作为水化热分析的模型。如图1所示,分两阶段浇筑基础平板。第一次浇筑170小时以后浇筑第二段,对第二阶段浇筑的混凝土水化热分析时间为930小时。如图1所示,如果将地基作为弹性支撑建立水化热分析模型的话,则不能正确体现混凝土的热量向地基传播的过程。所以应将地基建成具有比热和热传导率等特性的构件,才能正确反应结构物的水化热传播过程。地基:(第一阶段浇筑):(170小时)筏板基础(第二阶段浇筑):(930小时)水泥类型:,所以如图2所示可以使用1/4模型做结构分析。使用对称模型不仅缩短了分析时间,在查看混凝土内部的温度分布和应力分布时也非常方便。******@=7.******@=2.******@=2.******@=******@=4.******@=9.******@=12图2水化热施工阶段分析模型(1/4对称模型)材料热特性值使用的材料以及热特性值参见表1。表1使用材料以及热特性值构件位置物理特性下层基础上层基础地基比热(kcal/kg℃)(kgf/m3)250025001800热传导率(kcal/mhr℃)(kcal/m2hr℃)暴露表面121212钢模板1212-大气温度(℃)2020-浇筑温度(℃)2020-91日抗压强度(kgf/cm2)270270-强度进展系数a====-91日弹性模量(kgf/cm2)×××104热膨胀