施工现场混凝土温控措施的敏感性分析.pdf
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1、1概述 施工现场混凝土温控措施的敏感性分析 海 燕 朱岳 明 ( 1陕西水环境工程勘测设计研 究院 陕西 西安 7 1 ( )0 1 8 : 2 河海 大学水利水 电学院 江苏 南京 2 1 0 0 9 8) 摘 要 为提高混凝土结构施工现场 温控措施 的准确性 与针 对性,采用有限单元 法仿 真模 拟某水 闸工 程, 基于正交思想设计多种温控措施的试验方案, 根据得到的结构应力时空变化过程, 借助极差 分析法与功效函数法分别判定温控措施的敏感性与评价方案的优劣。实例分析结果表明, 该方 法简单易行, 且可靠性较好, 适合指导现场施工。 关键词 混凝土结构; 温控措施; 正交设计; 多指标分析
2、; 极差分析; 功效函数。 中图分类号 : - I V 5 4 4 文献标识码 : A 在混凝 土结构施 前 ,常常需要 对施 场 常见的施 f 力 法进 行多参数 、多 : 况的 仿真汁算 ,做到合理控制水泥的水化放热过 程 ,提 I 1 有 效减小温度变 形和温度应 力的方 案 , 进 而降低温度变 形造成的危害 , 提 高结构 的使 H 1 寿命 。对 于庞久 的结构或型式 复杂的 结构 而言 , 仿真计算 的 1 2 作量和衅 邮较大 , 不仅浪费 了大量的资源 ,而 l 影响 _分析的 重点和结 果的精度 ,有 时甚至 可能会耽误 施 1 进度 目的 , 该问题 已引起广泛关注 ,
3、学者 仃 J 纷纷从 不问角度进仃研究 并取得一定进 展 I - 2 笔 者借 助正交设计 思想的多因素 多指标 疗法 , 对表 面保温 、 埋设 冷却水管和控 制浇筑 温度这三种 常见施工方法 中所涉及 的温控 参 数进仃敏感性分 析 ,确定 各参 数对不 同龄 期 不同部位混凝 土的影响程 度和特征 ,从 而有 助f较快提出 订较高准确性和针对性的温 榨疗法 , 更好地指导现 场施T 。 2正交设计与多指标分析 ( 1 ) 正交 试验 设计 正 交试验 设计 , 应用具 有 “ 均衡 分散 法 秆1 “ 整齐 可 比性 ” 特点 的正交 表 , 只需 安排最 少 次数的试验就 能反映指标变
4、化 的规律 。很 多 资料上 都 给出了常用的正交表 , 至于其构 造方法这里就不再叙述。 一般用 L n f t m) 表示正 交表 , 其中 n表示此 表行 的数 目即试验 次数 , T T I表示此 表列的数 目即最多 可安排的因子数 , t 表示因子 的水平 数。所谓指标 和因子( 或 因 素 ) 就 是前面提到 的研究 对象和影 响因素 , 水 平指 的是网子变化的状 态和条件 。 ( 2 ) 檄差分析法 现用 , J 安排 计算 方案 , 设第 i 号计算 方案 的结果 为 l , 2 , 3 , , 分 别计算 正交 表 的第 j 列的第 i 水平的计算结果 y i 之和 , 记
5、 为 K , i = 1 , 2 , 3 , ,t ,j = l , 2 , 3 , , 所谓 的极差指 的就是 第 列 中 之 间最 大值 与最 小值 之 差, H R 表示。根据正交表的性质, K 所对应 的试验中除第 列所在因子外, 其余各因子出 现的次数是相同的。因此 , 可以认为其余因子 对 的影响大体上是相同的, 各 之间的差 别 可以看作是 由于第 i 列所在 因子取 了不 同 的水平值所造成的。 于是, 的数值大体上可 以反映该 因子 的各水平 对指 标的影 响情 况 。 相应的极差 R , 的大小代表了该因子对指标的 影 响程度 。极差越 大说 明该 因子 的水平变化 对试验
6、结果影响也越大 。 极差最大的因子也就是 最主要的因子, 极差越小的因子虽然不能说是不 重要的因子 , 但至少可以肯定当该因素在所选用 范同内变化时, 对该指标影响不大 。 ( 3 ) 功效系数法 多指标问题在实际: 1 二 程中经常遇到 , 各指 标之间往往是矛盾的 , 对各 试验 案的优劣评 价 比较 困难 。 针对这一问题 , 根据不同的准则 , 提 出了各种多指标分 析的方法 。下面仪介 绍 在 实践 中行之有效的功效系数法。 假定有 2个指标 , 和 , 对于每 次试 验的 指标值分 别给 出相应 的功效 系数 d , 和 d , d 0, 1 】 ( 1 , 2 ) 。 然 后 用
7、 总 的 功 效 系 数 D= 2 、 _r f l 评价各个方案 , D越大就认为 方案越 好 。至于功效系数 吐与 的关系 , 可根据实际 问题 由人为给定的功效函数来确定。 3实例分析 3 1 计算模型 以某施工期的水闸模型为例阐述上述敏 感性分析 的研究思路 , 并期望获得一些指导现 场 施工的有益结论 。假设某一水 闸建 曲 在软 基 上 , 闸室顺 水流方 向长 1 0 m, 闸墩 高 6 m, 厚 1 m, 底板 厚 2 m, 宽 5 m, 计算 网格如 图 1所示 。 结 构分两 层施 r , 底 板 为第 一层 , 间歇 1 0天 基金项 目: 国家 自然科 学基金重点项 目
8、( 5 0 5 3 9 0 1 0 ) ; 国家 自然科学基金( 5 0 7 7 9 0 1 0 ) 。 表 1 混凝土主要热力学参数 导温系数 导热系数 热膨胀系数 容重 m 2 h k J (m h o C ) 1 0 1 k N m 绝热温升 弹性模量 G P a 0 0 0 4 7 l 9 0 7 l 0 2 4 4 5 口 = 4 9 6 ( 1 ) E ( r ) = 5 5 6 2 ( 1 - e ) 后 一次性浇筑 闸墩至顶 。底板混 凝土 自7 月 1日开始浇 筑 , 气温 L= 1 6 5 + 1 3 1 c 0 8 J ( t 一 7 2 ) J , 浇筑温 度 L u
9、j 为气温加 3 。温度场计算时, 地基除建基 面外均绝 热 ,混凝土外表面 除底板横缝 面 外均散 热 ;应 力场计算时 ,地 基底部全约 束, 四周连杆约束。 不计其他体积变形及徐 变变形, 只计算温度应力。 混凝土的主要热 力学参数见表 l 。 3 2敏感性分析 ( 1 ) 确定因子和指标 敏感性分析 的因子涉及表 面保温模板 的种类 、 保温 时间 、 冷却水 管的种 类 、 布置 方式、 通水情况以及浇筑温度等多个方面。 如将所有因子都安排到正交表中,试验次 数较多, 将加大计算和分析工作量。其实, 有 些因子是可 以针对具 体工程情况不 予考 虑的。如本例水闸模型拟定保温模板选用
10、保温板,冷却水管布置方式为沿闸墩中心 断 面 由下 向上 的单 根 内径 4 e m 的塑 料水 管 , 因此, 参与敏感性分析的因子有保温板 厚度( e m) 、 保温时间( d ) 、 水管层距( m ) 、 冷 却水温( ) 、 通水流速( m s ) 、 通水时间( d ) 以及 浇筑 温度( ) 。假定各 因子是彼此独 立 、 互不干扰 的, 即不需 要考虑相互之 问的 交互作用。 实际工程 中,最关心 的指标是混凝 土 结构 内部和表 面经历 的最 大拉应 力值 , 但 若仅以拉应力极值作为指标具有一定的片 面性 , 笔者提 出采用 “ 安全 系数 ” 的概念 表 达拉应力值和龄期
11、的综合作用,达到全面 反映问题的 目的 ,安全 系数可定义为混凝 土 的抗拉 强度 与混凝 土的拉 应力 的 比值 。 因此, 敏感性研究的指标为内外混凝土的 最小 安全系数 ,其 中混凝 土抗 拉强度 的拟 合公式为 ( ) = 3 8 9 ( 1 一 e ) G P a 。 为表述方便 ,上述 7个因子和 2个指 标依次可称为A、 B 、 c 、 D、 E、 F 、 G和 、 。 ( 2 ) 安排试验和仿真计算 由正交 设计 的 思想 , 选取 L ( 3 正交 表 , 因素水平 、 试验方案 及计算 结果如表 2 所列 。 ( 3 ) 极差 分析 a 因子的主次关 系 :根据极 差 RJ
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