發(fā)布時間：2020-07-12 00:42

【摘要】：大體積混凝土相關(guān)問題最早在水利工程建設(shè)中被提出,隨著近幾十年來我國橋梁事業(yè)迅速發(fā)展,對于橋梁的跨越能力要求越來越高,大體積混凝土承臺、橋臺、橋墩、零號塊、錨碇等構(gòu)件越來越多的出現(xiàn)在橋梁建設(shè)中。與大型水工結(jié)構(gòu)物多使用低熱的碾壓混凝土不同,橋梁大體積混凝土構(gòu)件為滿足強度需求,多使用普通強度混凝土或高強度混凝土,在施工過程中水泥的水化反應會產(chǎn)生大量水化熱,由于混凝土導熱性能差,水化熱在構(gòu)件內(nèi)部不斷積聚,使構(gòu)件內(nèi)外存在較大的溫差,在混凝土體表面產(chǎn)生較大的拉應力,若拉應力超過容許抗拉強度,則會有溫度裂縫產(chǎn)生,影響結(jié)構(gòu)的性能。因此,對橋梁大體積混凝土水化熱溫度場和溫度應力的研究至關(guān)重要。本文以武漢市北四環(huán)府河特大橋為工程背景,基于溫度場和溫度應力的計算理論,利用有限元軟件ANSYS的APDL語言編寫計算程序,對考慮水管冷卻效果的大體積混凝土承臺溫度場和溫度應力進行模擬分析,主要工作如下:(1)比較系統(tǒng)地查閱了國內(nèi)外關(guān)于大體積混凝土和冷卻水管相關(guān)問題的理論研究、試驗研究和數(shù)值模擬研究等方面的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀,為本文所做研究提供了有益的參考。(2)根據(jù)考慮冷卻水管效果的混凝土溫度場計算理論,利用熱流耦合的方法模擬混凝土與冷卻水管之間的對流換熱,并詳細說明了利用ANSYS進行承臺瞬態(tài)熱分析的實現(xiàn)過程。根據(jù)不同齡期的承臺溫度有限元計算結(jié)果和特征點溫度時程曲線,得到大體積混凝土水化熱溫度場的基本規(guī)律,并分析了分層澆筑、拆除保溫材料、停止水管通水對混凝土溫度場的影響。介紹了承臺混凝土溫度監(jiān)測流程,對比承臺溫度監(jiān)測結(jié)果和有限元計算結(jié)果,分析誤差來源,判定有限元模型準確性。(3)根據(jù)有限元溫度應力計算理論,利用熱應力分析的間接法計算承臺溫度應力,并詳細說明了ANSYS瞬態(tài)熱分析轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)分析的實現(xiàn)過程。提取按第四強度理論計算的等效應力研究承臺表面單元和水管入水口附近單元的最大拉應力發(fā)展情況,提取X方向正應力研究承臺內(nèi)部應力發(fā)展情況,得到承臺溫度應力分布規(guī)律,并判斷承臺表面和水管附近混凝土是否會開裂。(4)分別研究混凝土入模溫度、水管入水溫度、水管入水流速、水管通水時長四個變量變化對承臺溫度分布、里表溫差和溫峰出現(xiàn)時間的影響,并從混凝土材料選擇、入模溫度控制、水管冷卻、表面保溫方面給出溫控建議。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U441.5
【圖文】：

10 大體積混凝土中某一點附近溫度和彈性模量的變化規(guī)律pT 是混凝土澆筑時的入模溫度，若結(jié)構(gòu)一直處在絕熱狀態(tài)，混虛線所示的絕熱溫升曲線發(fā)展；然而實際工程中結(jié)構(gòu)極少處水化作用放出大量水化熱的同時，結(jié)構(gòu)本身也一直向外散發(fā)熱般會沿圖中波浪狀實線上下起伏，在達到溫度峰值 +p rT T 后進是水化熱溫升；大體積混凝土結(jié)構(gòu)多采用分層澆筑施工，后后，先澆的老混凝土受到后澆的混凝土水化熱影響，溫度略，因此溫度變化曲線大體呈現(xiàn)向下的波浪狀；若所研究的點心附近，則溫度最后將降至最終穩(wěn)定溫度fT ；若所研究的點面附近，則在降溫過程中，該點溫度仍會受外界溫度變化的波動，如圖中晚期階段波浪狀溫度曲線所示，溫度最終會在幅度起伏，稱之為準穩(wěn)定；另外，因混凝土導熱性能極差，從最高溫度降到穩(wěn)定溫度的過程可能會十分緩慢，為了達到

土內(nèi)外溫差的目的，大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中凝土內(nèi)部預埋冷卻水管）輔助降溫，如圖中點劇上升，因此人工冷卻應盡早開始，且一直持續(xù)程與邊值條件程兩個主要問題：一是溫度場求解問題，根據(jù)初求解熱傳導方程，解得溫度場 T ( x , y , z , t )；二是熱果 T ( x , y , z , t )，給定初始條件和彈性力學邊界條位移場 U ( x , y , z , t )，再由材料本構(gòu)關(guān)系求出應力t )和 ( , , , )ijσ x y z t的發(fā)展過程和分布規(guī)律。的均勻各向同性固體中取一極小的六面體dxdyd

則熱流量在接觸界面上( )11 1 21 21 21cTT Tn RT Tn nλλ λ = = 熱阻，2m h °C /kJ，可通分法求解，進而得到混凝度場的求解，而有限元法導出求解溫度場的有限元法

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