不同养护时间对混凝土温度和应力的影响.pdf
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1、第 3 4卷第 5期 2 0 1 2年 5月 人民黄河 YELL0W RI VER VO 1 3 4 No 5 Ma y, 2 01 2 【 水利水 电工程 】 不同养护时间对混凝土温度和应力的影响 马跃先, 李政鹏 , 曲晓宁, 边永欢 ( 郑州大学 水利与环境学院, 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要: 针对混凝土表面养护问题, 运用有限元分析软件 , 结合实例对比计算不同养护时间对某闸墩底板混凝土温度场、 应力场的影响。结果表明: 该工程混凝土养护时间为7 d时可以达到较好效果。选取合适的养护时间不仅可以降低其 早期 内外温差和表面温度应力, 避免温度裂缝的出现 , 还可以节约
2、成本, 加快施工进度。 关键词:混凝土;养护时间;内外温差;温度应力;裂缝 中图分 类号 :T V 7 4 2 文献标识码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 2 0 5 0 3 3 I nflue n c e o f Di ffe r e n t Cu r i n g Ti me t o t h e Co n c r e t e Te mpe r a t ur e a n d St r e s s MA Y u e x i a n , L I Z h e n g p e n g ,Q U X i a o n i n
3、g , B I A N Y o n g h u a n ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c yEn v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2, C h i n a ) Ab s t r a c t :F o r t h e i s s u e o f c o n c r e t e s u r f a c e c u rin g ,t h e f
4、 i n i t e e l e me n t a n a ly s i s s o f t wa r e wa s u s e d a n d t h e i n fl u e n c e o f d if f e r e n t c u ri n g t i me t o t h e c o n c r e t e t e mp e r a t u r e a n d s t r e s s w i t h t h e a c t u a l e x a mp l e wa s c a l c u l a t e dTh e r e s u l t s s h o w t h a t t
5、h e c o n c r e t e c a n a c h i e v e g o o d r e s u l t s wh e n t h e c u rin g t i me i s 7 d a y s S e l e c t i n g a a p p r o p ria t e c u r i n g t i me c a n n o t o n l y r e d u c e t h e e a r l y i n n e r o u t e r t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e a n d s u rfa c e t h e r
6、ma l s t r e s s t o a v o i d t h e e me r g e n c e o f t e mp e r a t u r e c r a c k s ,b u t a l s o s a v e c o s t s a n d s p e e d u p t h e c o n s t r u c t i o n s c h e d u l e Ke y wo r d s :c o n c r e t e ;c u rin g t i me ;i n n e r o u t e r t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e
7、 ;t h e r ma l s t r e s s ;c r a c k 水闸体积较大 , 结构形式复杂, 而冬季环境温度较低 , 冬季 施工易因混凝土内外温差过大而产生温度裂缝。温度控制常 用 的方法 为混凝土表面养护保温 , 表面养护保温 可以减少外界 环境温度变化对大体积混凝土的影响。田振华等模拟了温 度骤降对大体积混凝土表面温度应力的影响, 马跃峰等 阐述 了不同表面保温措施对闸墩混凝土温度和应力的影响。关于 混凝土表面养护时间对其温度场、 应力场影响的研究较少, 而 合适的养护时间可以降低混凝土内外温度梯度, 减小温度应 力 , 避免裂缝出现, 保证混凝土结构安全。笔者运用 A N
8、 S Y S 有 限元分析软件模拟混凝土的表面养护 , 分析了不同养护时间对 其温度场 、 应力场的影响。 1 计算理论 运用 A N S Y S 有限元分析软件建模计算混凝土内部的温度 场, 其实质是热传导方程在特定初始条件及边界条件下的求 解。采用三维瞬态温度场热传导方程 J : OT = ( 窘+ 雾+ ) + aooa ( 1 ) l + + ) + ( 1 J a Jr 、 a a v a a 、 式中: 为温度; 0为绝热温升; 。为导温系数 ; r 为时间。 初始条件为 T ( , Y , Z , 0 )=T o ( , y , z ) , 为初始温度。边 界条件分为边界上温度函
9、数已知, 边界上热流密度已知, 假定 经过表面的热流量与表面温度 和气温 之差成正比。当两 种固体( 混凝土与基岩) 接触良好时, 接触面上温度和热流量都 是连续 的。 根据实际情况选定边界条件, 计算温度应力时, 混凝土各 部分温度变化产生的线应变为 O ( TT o ) ( 为热膨胀系数, 为弹性体内任一点的温度值, 为初始温度值) 。物体热膨胀 只产生线应变, 剪应变为0 。计算应力时, 首先求出由热变形引 起的初应变 s 。 , 并求得相应初应变引起的等效节点荷载 P 。 ( 温 度荷载) , 然后求出因温度变形而引起的节点位移 , 由节点位移 可求 出温度应力 。 混凝土浇筑完成后采
10、用表面覆盖保温材料进行养护, 但一 般保温材料的性能与混凝土热力学性质等差异较大, 直接用热 传导方程计算温度场往往得不到合理的结果 。因此笔者采 用等效放热系数法考虑保温材料的作用, 等效表面放热系数 3 1 为 式中: 口为保温材料在空气中的放热系数; h 为保温材料的厚 度; A 为保温材料的导热系数。 收稿 日期 : 2 0 1 1 1 1 - 0 3 作者简介: 马跃先( 1 9 5 7 一) , 男, 河南南阳人, 教授, 主要从事水电站优化运行 研 究工作 。 通讯作者 : 李政鹏( 1 9 8 8 一 ) , 男, 河 南南阳人 , 硕士研 究生 , 研 究 方向为 大体积 混
11、凝 土温度控制 。 E ma i l : l i z h e ng pe n g 88 1 63 c o n 99 人 民 黄 河2 0 1 2年第 5期 2 计算实例 2 1工 程概 况 2 0 0 9年 1 2月, 某水库除险加固工程闸墩底板开始施工, 每 仓浇筑长 2 2 m, 宽 l 4 4 m, 高2 4 i n 。由于混凝土体积较大, 且 冬季环境温度较低, 因此浇筑完成后需做好后期养护, 以避免 因内外温差过大而产生温度裂缝 。 2 2 计算参数选取 ( 1 ) 热学参数。闸墩底板混凝土强度等级为 C 2 5 , 其配合 比见表 1 。根据试验资料, 并参考相关研究成果, 混凝土
12、导热系 数为 2 2 6 4 6 k J ( m d ) , 比热为 0 9 1 k J ( k g ) , 密度 为2 4 2 2 3 6 k g m , 放热系数为 1 5 1 4 0 0 k J ( m d ) 。 表 1混凝土配合 比 k g 综合考虑经济适用及施工方便等因素, 混凝土表面保温材 料采用聚乙烯泡沫板。聚乙烯泡沫板导热系数 为 3 1 2 k J ( in d ) , 比热 为 2 5 0 k J ( k g ) , 密度 为 3 0 k g m , 放 热 系数 为 1 6 2 1 0 0 k J ( m d ) 。 混凝土浇 筑完成进 行养护 时 , 保 温材料应 保
13、持湿润 , 根 据 式( 2 ) 采用加权平均法计算泡沫板等效放热系数为 1 7 2 8 0 k J ( in d ) 。 ( 2 ) 力学参数。混凝 土属脆 性材料 , 不 出现裂缝 的前提 是 拉应力小于其抗拉强度, 混凝土抗拉强度随龄期变化的经验公 斗 , 5】 R r ( t ) =0 8 R l f、 ( 1 g t ) ” ( 3 ) 式中 : ( t ) 为龄期 为 t 时混 凝土 的抗拉 强度 N m m ; R fn 为混 凝土 2 8 d龄期时的抗拉强度, N m m , 根据资料取 1 7 8 N m in ; t 为龄期 , d 。 混凝土不 同龄期时的弹性模 量为 E
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