大体积混凝土结构温度效应及收缩应力精细有限元分析

为了研究大体积混混凝土结构的温度效应及温度收缩应力,结合武汉市某住宅楼工程筏板基础底板,运用有限元软件ANSYS对三维瞬态温度场及温度收缩应力进行数值模拟分析,分别模拟了武汉市冬夏季该筏板基础底板的瞬态温度场及温度收缩应力,以及不同厚度的混凝土筏板基础在混凝土浇筑过程中冬夏季混凝土开裂情况.结果表明:冬季混凝土浇筑第四天,混凝土筏板基础上表面混凝土主拉应力大于混凝土抗拉强度,导致混凝土开裂;夏季混凝土筏板基础由于混凝土表面最大主拉应力小于混凝土抗拉强度,混凝土不会开裂.     

大体积混凝土(筏板基础)温度场仿真分析与温控监测

对于大体积混凝土筏板基础在温度场影响下的应力变化和分布规律,结合具体的实际案例,现场监测得到了混凝土的温度和应力应变变化规律,并与计算得到的数值结果进行了对比,说明了研究结果的可靠性.研究表明大体积混凝土在发生水化热反应的过程中,不同时刻的温度场和应力场变化较大,尽早地进行混凝土开裂防治,能有效解决温度应力引起的表面裂纹问题,保证施工质量和安全.     

早龄期混凝土结构的温度应力分析

为了分析混凝土在早龄期时温度应力随龄期的发展.通过建立混凝土材料的水化放热模型,引入Arrhenius公式来表征早龄期时混凝土放热速率受温度的影响.采用考虑等效龄期的混凝土弹性模量和抗拉强度CEB-FIP1990计算公式来表征早龄期时温度变化对其力学性能的影响,在应力分析中采用Bazant的双幂函数徐变模型.结果表明:引入Arrhenius公式的混凝土水化放热模型可以用于计算混凝土结构早龄期时的温度场,早龄期时温度应力可以引起混凝土长墙的开裂.早龄期时混凝土结构温度应力的计算为优化混凝土材料的组成提供依据,尽可能减少温度应力引起的开裂.     

基于混凝土热-力学模型的海河开启桥温度控制方案

根据天津海河开启桥施工过程中的昼夜温差大、一次性混凝土浇筑量大、承台大体积混凝土对背墙结构约束大而导致易开裂的突出问题,引入了考虑混凝土早期性能的热-力学模型、等效时间理论以及热传导原理,建立数学模型和有限元求解方法.在此基础上对不同施工方案进行了结构温度场和应力场的仿真计算.研究表明,采用预埋水管进行冷却的措施可以有效降低最高温度和最大应力.本研究为海河开启桥工程大体积混凝土结构温控防裂提出了具体措施和标准.现场施工表明,数值仿真与分析对现场开裂控制具有指导意义.     

浇筑温度对大体积混凝土温度应力的影响

从大体积混凝土的温度应力对结构开裂的影响出发,分析了混凝土的浇筑温度对其施工期温度应力的影响。根据大体积混凝土在施工期裂缝发生的机理与其施工期的温度应力性能,利用数值分析方法,研究了大体积混凝土在浇筑温度变化时,大体积混凝土的温度应力对结构开裂的影响。结果表明:当大体积混凝土的浇筑温度升高时,水泥的水化速度加快,混凝土内部最高温度出现的时间提前;结构的第一主应力呈线性增大,其值为浇筑温度每提高1℃,结构的第一主应力增大2.47%;大体积混凝土的降温差和内外温差随着浇筑温度的提高而增加,且最大降温差和最大内外温差也随着浇筑温度的增大使其发生的时间有所提前。     

考虑温度场的混凝土面板坝应力变形分析

以某混凝土面板堆石坝为例,进行应力场和温度场的耦合计算,分析坝体和面板的应力变形,以及坝体变形对面板的影响.结果显示:坝体的最大水平位移和最大沉降发生在坝体上游面中部;坝体最大主应力发生在坝体底部,且随季节温度升高而增大,坝体最小主应力发生在坝顶防浪墙,坝体内部无拉应力;面板最大拉应力发生在距坝底1/2处,位于正常运行期的库水位以下,混凝土性能易弱化导致面板损毁,所以面板开裂在此处发生的可能性最大.     

堆石坝混凝土面板施工期裂缝成因及预防方法

针对堆石坝混凝土面板施工期普遍存在开裂的问题，在前人以温度应力为主要研究对象的基础上，考虑了干缩应力，编制了温湿耦合程序并进行验证.从混凝土面板长度，面板两侧横缝约束强度，环境相对湿度和保温保湿措施方面对某堆石坝混凝土面板进行了温度应力、干缩应力以及温湿耦合应力仿真计算，并对计算结果的温度、湿度、应力进行了综合的对比与分析.结果表明，当环境相对湿度为0.3,温湿耦合应力最大值是温度应力最大值的近2.46倍.当环境相对湿度为0.6,相对湿度下降相同的幅度5%,第60天拆模拉应力涨幅为第5天拆模拉应力涨幅的近2.28倍.此外，横缝约束作用将导致面板最大拉应力最大涨幅约为75%.解释了该堆石坝混凝土面板施工期裂缝成因，得出了“半定量”的关系，并提出相关的预防方法，可为类似工程提供参考.     

面板坝面板的开裂原因分析

面板开裂的原因是混凝土面板堆石坝设计者与施工者普遍关注的问题之一,本文根据计算分析,辩明了温度应力是面板开裂的主要原因,而干缩应力和坝体不均匀变形则是次要的原因。     

大体积混凝土裂缝控制施工措施——以金水沟特大桥群桩基础承台工程为例

大体积混凝土结构施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇注内部温度和温度应力剧烈变化,由此而产生的温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。本文以金水沟特大桥为例针对裂缝成因对大体积混凝土温度裂缝控制的施工措施进行了讨论及分析。     

混凝土裂缝与内外约束关系研究

水化反应过程中,温度变化和内部孔隙水散失是混凝土温度、自生体积和干缩等变形产生的主要原因.内外约束作用下,温度、自生体积和干缩等变形引起的应力很容易导致混凝土开裂.通过混凝土温度场和应力场精确仿真,对混凝土温度应变、自生体积变形和徐变进行分析.研究表明内部约束是水化反应前期混凝土产生的主要原因,后期混凝土裂缝则主要由外部约束所致.     

风环境对大体积混凝土桥塔施工水化热的影响分析

采用数值模拟结合现场监测的方法研究了复杂风环境对跨江、跨海大桥大体积混凝土桥塔施工水化热的影响.首先,提出了风环境下混凝土水化热的理论计算方法,并基于实际背景工程考虑风环境,对大体积混凝土桥塔施工过程中的水化热效应进行数值模拟;然后,利用现场实际监测数据,对模拟的准确性进行验证;最后,利用此数值模型,针对风特征及结构参数进行分析.分析结果表明:环境平均风速增大会使混凝土桥塔节段内的水化热温度极值降低,但其表面温度梯度增加,开裂可能性也相应增大;结构尺寸的增大会削弱风环境对混凝土水化热的影响,但由尺寸增大引起的刚度增加会导致水化热最大主拉应力明显增大,从而引起混凝土开裂;同一风环境下,桥塔截面形式的改变对浇筑过程中结构内部温度梯度、极值分布以及主应力大小影响明显.     

超长框架结构温度荷载下非线性分析

针对目前超长框架结构温度应力分析多集中于混凝土的线弹性阶段的情况，借助于通用有限元软件Ansys，采用混凝土“分布式”裂缝模型，对一个典型的超长框架结构在承受渐变温度荷载下的柱顶位移及应力变化情况进行了数值模拟。分析表明：温度应力是引起混凝土板开裂的重要因素并且具有明显的非线性；混凝土“分布式”裂缝模型在模拟较长框架结构的整体响应时，能够满足一般的计算精度。     

表面保温对施工期闸墩混凝土温度和应力的影响

对于严寒季节施工的混凝土工程,常采用各种表面保温措施以防止裂缝的产生.针对水闸这一典型的水利工程结构,分析水闸施工期闸墩混凝土温度和应力变化规律与开裂机理,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.研究结果表明,较强的表面保温可以大大减小闸墩混凝土早期内外温差和表面拉应力,防止产生表面裂缝,但同时使得后期闸墩内部拉应力增大,产生贯穿性裂缝的可能性增加.对于不同的工程,应通过数值仿真计算选择适合本工程的表面保温措施,以减小混凝土开裂的可能性.     

大体积混凝土温度裂缝控制的实例

大体积混凝土结构施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇注内部温度和温度应力剧烈变化,由此而产生的温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因.文章针对工程实例,对大体积混凝土裂缝的产生原因进行分析,并通过理论计算以及从设计材料和施工等方面提出了一套优化的温控方案,在工程中取得了较好的效果.     

高海拔地区堆石坝面板施工期温度应力特性及保温措施研究

西部高海拔地区是我国未来水利开发的重点,面板堆石坝能够充分利用当地材料,是该地区重点考虑坝型之一.然而,与常规大体积混凝土一样,面板的开裂现象也是困扰堆石坝工程质量的顽疾.近年学界对面板裂缝成因的研究表明,温度应力与堆石体不均匀变形一样,是导致面板开裂的重要因素,必须予以重视.高海拔地区昼夜温差大、日照辐射强烈,面板防裂工作更加严峻,有必要对该地区面板温度应力特性以及作为主要温控措施的保温方式进行深入研究,提出科学合理的防裂措施.鉴于此,依托西南高海拔地区某面板堆石坝工程前期研究工作,对面板在考虑日照辐射、昼夜温差、底部摩擦的施工期温度、应力场进行了仿真模拟.分析表明,底部处理想情况下,面板保温材料厚度的选择应着重减小昼夜温差引起的面板厚度方向非线性温度分布,不宜盲目追求大力度保温,条件容许时应力争延长保温时间.     

空心薄壁墩水化热温度效应研究

采用热-结构耦合分析的方法对水化热引起的空心薄壁墩的温度效应进行分析,计算中考虑了混凝土弹性模量随龄期的变化.利用ANSYS软件模拟178m高墩施工进程中的水化热温度效应,得到空心墩墩底实体段、墩身、以及节段接缝处的温度和应力随时间的变化规律,结果表明与一般大体积混凝土的温度效应不同,空心薄壁混凝土结构由于水化热引起的温度升高不超过40℃,但温度应力比较大,最大温度应力达到6MPa,值得设计施工人员认真对待.     

箱型钢管混凝土构件在纯扭作用下的数值分析

为研究箱型钢管混凝土构件在纯扭作用下的受力机理,通过ABAQUS对设计的13个模型试件进行数值模拟分析,探讨组合构件中混凝土、型钢以及钢筋在开裂和破坏时的应力变化情况,在传统承载力叠加原理的基础上对型钢混凝土构件受扭承载力方法进行改进研究.研究结果表明:试件开裂前,不同试件的混凝土应力变化相近;试件达到极限状态时,钢管与部分箍筋基本达到屈服,纵向受力钢筋尚未屈服,开裂后的混凝土裂缝呈45°方向发展;通过修正系数计算得到的承载力值与数值模拟误差较小,证明了改进后承载力叠加法的合理性和修正系数的准确性.     

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板的影响

滑动层摩擦因数对斜向预应力水泥路面板结构受力及变形的影响较大,设置满足路面结构受力及变形要求的滑动层,是决定斜向预应力水泥路面铺设成功与否的关键因素之一,建立斜向预应力路面结构1/4有限元模型,基于此模型分析了斜向预应力水泥路面板在车轮荷载和温度梯度荷载作用下,滑动层摩擦因数对其路面结构受力与变形的影响;运用解析计算法,研究了滑动层摩擦因数对路面板内温度伸缩应力的影响,以及温度应力作用下滑动层摩擦因数对路面板伸缩量的影响;并进行了斜向预应力路面板屈曲验算。研究结果表明:车轮荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数对路面板内应力及变形影响较小,可忽略不计;温度梯度荷载作用下,斜向预应力路面滑动层摩擦因数在0.3~1.2范围内变化时,路面板内最大主应力均小于水泥混凝土抗弯拉强度5 MPa,不会引起斜向预应力路面板开裂;温度荷载作用下,滑动层摩擦因数小于1.04时,路面板内伸缩应力不会引起路面板开裂,且滑动层铺设初期摩擦因数越小越有利于减小路面板内温度应力值;增大滑动层后期摩擦因数,有利于减小斜向预应力路面板端伸缩量,但不应大于1.04;斜向预应力路面板最不利屈曲临界温度为48.166℃,在通常外界环境温度下,斜向预应力水泥路面板不会发生屈曲失稳破坏。     

泵闸施工期温度作用有限元分析

施工期温度作用常常是混凝土结构开裂的主要原因之一.对底板等重点关注的结构进行了非稳定温度场及温度徐变应力场的研究,考查了温度徐变应力场对底板结构受力状态的影响.底板内部和表面较大的温差使底板产生较大的拉应力,对于有添加剂的混凝土,底板结构温度应力在一定程度上得到改善.     

某住宅楼地热引起墙体裂缝分析

通常的取暖的方式为暖气片、空调、地热,其中效果最好的是地热。墙体裂缝是砌体结构中经常发生的问题,而温度变化是引起裂缝的原因之一,地热就是温度变化的主要根源。混凝土楼板和墙体的温度线膨胀系数相差一倍,混凝土板对墙体产生拉应力使其开裂。