地铁车站施工阶段温度应力模拟研究

针对地铁车站大体积混凝土的温度裂缝问题,建立地铁车站有限元模型,研究水化热产生的温度场,在此基础上,考虑温度场和结构荷载的组合,计算结构应力。研究结果表明：顶板最高温度出现于纵梁内部,温度整体趋势为先增后减,最高温度出现在龄期2～3 d左右,最高温度可达到44.2℃;梁柱交接处出现应力集中,最大拉应力达到9.76 MPa;梁顶拉应力值小于混凝土抗强强度,表明梁顶混凝土不会被拉裂,但安全系数较小。     

相变混凝土箱梁温度-应力场耦合分析

为控制混凝土箱梁日照温度梯度所产生的主拉应力,采用稻壳灰封装石蜡作为相变材料制备具有“结构+功能”一体化功效的相变混凝土,通过试验探究了稻壳灰 石蜡相变混凝土的热稳定性及其热工、力学参数,并以实际工程为背景讨论了相变混凝土铺设厚度和位置对单箱多室箱梁的梯度温度效应影响。结果表明:稻壳灰 石蜡相变混凝土具有良好的相变稳定性,多次相变循环后石蜡不会出现大量渗漏现象,但相变混凝土强度会有所下降;将铺装层下一定厚度普通混凝土替换为相变混凝土后,箱梁顶板内温度有明显降低,且梯度温度拉应力有10%的下降;铺装层厚度相等条件下,箱梁顶板最大温度应力随着相变混凝土厚度的增加先减小后增加,边腹板和中腹板内温度应力则随着相变材料厚度的增加呈现单调递减的趋势;随着沥青铺装层厚度的增加,相变混凝土层对温度应力的改善效果逐渐下降;腹板和承托对应的顶板区域是影响箱梁梯度温度应力场的敏感部位,而悬臂板和内箱上部所对应的顶板区域内相变混凝土则基本不影响箱梁最大温度应力;箱梁内室数量虽然不能改变边腹板内温度竖向分布规律,但箱梁最大温度应力会随箱梁内室的增多而增大,在箱梁顶板活载强度能满足要求的前提下应尽量减少中腹板的数量,以减小温度自应力。     

粮贸大厦基础底板大体积混凝土施工

在杭州粮贸大厦基础底板大体积混凝土施工中,通过选择合理配合比,控制混凝土的出机温度和浇注温度,采用自然流淌形成斜坡混凝土的浇注方法,并采用相应的技术措施:在浇注前进行混凝土内外温差的预测和混凝土内部拉应力的计算,选择合理的覆盖保温时间,覆盖材料用一层塑料布,二层草包,以控制混凝土的内外温差。保温时间为30d,混凝土浇注后在不同部位测温、监测。内外最大温差25℃养护期满后无裂缝产生、混凝土内实外光、底板混凝土质量较好。     

台山核电站反应堆外壳温度场模拟分析

为控制台山核电站反应堆外层安全壳(外壳)混凝土施工质量,模拟分析了外壳混凝土水化热温度场,探讨合理的保温养护措施。基于混凝土等效龄期和水化度概念,得到了外壳所用C55混凝土的等效龄期水化度曲线。在利用ABAQUS有限元分析软件模拟分析外壳温度场时,通过HETVAL子程序实现根据等效龄期水化度曲线确定混凝土水化生热率,以此考虑龄期和温度对混凝土水化放热过程的双重影响。模拟3个典型施工层的温度场,对比分析施工层高度和厚度、孔洞形状和尺寸、保温效果及养护时间对温度场的影响。分析结果表明:利用等效龄期水化度曲线可模拟龄期和温度对水化热温度场的影响;施工高度在2.35~3.60 m内时,可忽略高度的影响;施工层厚度的增加使得温度峰值提高;建议保温层对流换热系数控制在1.8~5.4 W/(m2·℃)范围内,并建议带模养护10 d。     

大型地下广场下沉式顶板的温度应力及保温设计

为研究下沉式地下结构顶板在温度变化作用下应力分布规律及保护措施,对某下沉广场顶板在季节温差和不同季节日温差作用下、结构设置和不设置变形缝情况下的应力和变形情况进行了数值模拟。结果表明:温差作用下,无论是否设置变形缝,结构均会在板梁相交处产生超过混凝土极限抗拉强度的拉应力,设置变形缝对温度应力影响不大;顶板受力和位移中,温度作用所占比重在日温差最不利工况中分别为33%和78.9%,季节温差最不利工况中分别为24.2%和98.7%,应采取加强配筋、保温防裂等措施。通过改变结构顶板上表面的温度,得到了结构上表面所配钢筋数目线性递减的规律,建议下沉结构顶板应以上表面温度为5 ℃作为控制基准设置保温层。     

大面积混凝土温度应力试验研究

为研究大面积混凝土的温度变形问题,针对地下车库底板和顶板掺与不掺密实剂的C40大面积混凝土,进行了弹性模量试验,利用振弦式应变计和热电偶进行了应变、温度现场实测,进行了温度应力分析。研究表明:混凝土弹性模量随着龄期的增长而增大;混凝土内部的应变均为膨胀,应变随着温度的降低而增大;掺入密实剂后应变显著减小;混凝土内部的应力均为膨胀压应力,比起不掺密实剂的混凝土,掺密实剂的混凝土压应力较小。     

玻化微珠保温砂浆外保温系统有限元分析

为研究玻化微珠保温砂浆外墙外保温系统在夏季和冬季环境下的温度和应力,基于热分析理论并利用ANSYS有限元软件对保温墙体进行了模拟分析。结果表明:玻化微珠保温砂浆具有优良的保温隔热性能,无论是夏季高温还是冬季低温,均能使室内温度保持稳定,其温度浮动在2℃以内;由于冬季室内外温差大,在冬季环境温度作用下,保温系统外表面温度应力比夏季环境下增大了83%;沿墙体厚度方向的应力分布,抗裂砂浆层应力最大,保温层应力最小。     

加气混凝土自节能墙体温湿度传递模拟分析

正针对目前加气混凝土墙体在使用过程中出现的一些问题,运用ANSYS软件对两种墙体体系进行了温湿度分布、温度应力以及温度变形的模拟分析。结果表明,外抹保温砂浆后,墙体基体在冬季、夏季的温度变化分别降低1.668℃和5.315℃,而外抹普通砂浆时,砂浆层内湿度梯度更大,在负温情况下更容易产生结露以及冻胀。保温砂浆可有效降低加气混凝土基体层内最大温度应力,其与基体层粘结强度更大,因此可以有效减小界面层开裂的可能,同时还可以明显降低加气混凝土墙体基体的变形。     

地基及支承结构协同变形对椭圆形单层网壳结构温度效应的影响

温度作用效应对大跨结构性能的影响已经倍受关注,然而目前的研究主要集中在单独的钢结构上,忽略了下部支承结构及地基的温度作用对上部钢结构温度效应的影响。以一单层网壳为例,建立包含下部混凝土结构及地基整体模型,研究下部支承结构及地基的整体协同变形作用对单层网壳性能的影响规律。通过不同工况对比发现,合理地考虑下部支承结构的协同变形可以有效减小上部单层网壳的位移50%以上、应力60%以上以及支座水平反力80%以上;考虑地基的协同变形作用后可进一步减小杆件的最大应力17%,支座最大径向反力减小了66%,环向最大反力减少了63%,竖向最大反力减小了72%;考虑地基的非均匀温度与均匀温度相比,只能较小幅度地减小上部单层网壳节点的最大Z向位移和合位移,对单层网壳其他力学性能几乎没有影响。     

混凝土底板温度分布及温度应力分析

简要介绍了混凝土温度分布及温度应力理论.以混凝土底板为例,通过参数化设计语言(APDL)设计了程序来模拟混凝土底板的温度分布及温度应力随龄期的变化规律.温度实测值与模拟值对比表明,两者发展趋势基本一致,第4d在中心点附近出现最高温度,其模拟值为73.8℃.在混凝土底板的上表面附近第12d出现最大拉应力,其值为2.34MPa,此区域容易开裂,应该采取防裂措施.     

大体积基础混凝土施工阶段应力计算分析

以某大桥锚碇基础工程的钢筋混凝土底板和顶板为分析计算实例,介绍了大体积混凝土施工阶段的温度应力监控、计算分析,从而反映出各龄期混凝土内部应力的变化情况,为有针对性的采取措施提供了依据,从根本上防止混凝土产生温度裂缝。同时也提出了一些实践经验和建议。     

基于MIDAS和LUSAS有限元软件的混凝土预制沉管水化热温度应力分析

以某工程混凝土预制沉管为研究对象,通过MIDAS FEA和LUSAS有限元软件进行了水化热温度应力仿真计算,分析了混凝土预制沉管的早期开裂风险和温度、温度应力变化规律。结果表明:MIDAS FEA和LUSAS的温度、温度应力计算结果分布及发展趋势基本相同,匹配性良好,相互映证了计算结果的正确性。最高温度计算结果和内表最大温差都仅相差1℃左右。MIDAS FEA对首节和第2~5节的3 d应力计算值分别比LUSAS高0.82、0.30 MPa,7 d应力计算值分别比LUSAS高0.30、0.09 MPa,28 d应力计算值分别比LUSAS低1.22、1.37 MPa,3 d龄期混凝土表面温控抗裂安全系数小于1.4,存在开裂风险,应加强浇筑、振捣及养护。     

玻化微珠保温混凝土墙体温度场数值模拟与分析

为了对比玻化微珠保温混凝土墙体与普通混凝土墙体、包含保温层的普通混凝土墙体的传热性能,通过ANSYS软件模拟分析了3种墙体在某地区夏冬季极端气候环境下的内部稳态温度场分布,以及关闭室内调温设备之后墙体内部瞬态温度场随时间的变化情况,同时与试验实测结果进行对比。结果表明:本文所提出的模拟分析数据与实测数据符合较好,玻化微珠保温混凝土的保温效果与复合有外保温层的普通混凝土墙体保温效果接近,用作建筑围护结构时,其对外界温度的阻隔作用远优于普通混凝土。     

基于DIC的混凝土嵌入式BFRP筋拔出行为及黏结性能研究

基于数字图像相关（DIC）技术对混凝土内嵌入式玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）筋的界面黏结性能及其拔出过程开展了研究.采用数字图像采集处理技术获取了BFRP筋从混凝土表面拔出过程的应变场演变数据并计算了界面的黏结应力.结果表明：BFRP筋从混凝土表面拔出过程中，黏结应力与应变沿筋材呈现对称分布；随着拉拔荷载的增加，界面黏结应力、应变均不断增大，养护龄期为7 d的C50混凝土与BFRP筋的黏结界面在靠近加载端区域的最大应力和应变分别为3.3 MPa、0.020；与淡水河砂混凝土相比，当养护龄期达到28 d时，相同水胶比下海水海砂混凝土与BFRP筋界面黏结处的最大应力提高了19%左右；延长养护龄期可有效增大混凝土与BFRP筋的界面黏结应力；界面黏结应力和应变沿加载端到自由端呈线性下降趋势；拔出后加载端混凝土损伤严重，BFRP筋黏结段呈现部分纤维拉断剥离现象.     

聚丙烯纤维煤矸石保温混凝土抗压性能试验研究

在设计强度为C35的煤矸石保温混凝土中分别掺入0.05%、0.1%、0.15%和0.2%的聚丙烯纤维(PPF),并对3 d、7 d、14 d及28 d龄期下的混凝土试件进行立方体抗压强度试验。试验结果表明,在各龄期下,立方体抗压强度随着PPF掺量的增加,均呈现出先上升后下降的趋势,在纤维掺量为0.05%时提高最大;纤维的掺入可以有效提高煤矸石保温混凝土的早期抗压强度。根据试验结果建立了PPF煤矸石保温混凝土的抗压强度预测模型,依据7 d的抗压强度可以较好地预测28 d抗压强度。     

早龄期补偿收缩钢纤维混凝土冲击压缩性能试验

采用HCSA膨胀剂(掺量8%)和钢纤维(体积掺量1.0%)制备补偿收缩钢纤维混凝土试样,利用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆对3 d和7 d龄期混凝土试样进行冲击压缩性能试验,测试不同应变率下试样的应力-应变曲线及其破坏形态。试验结果表明:补偿收缩钢纤维混凝土的动态抗压强度随着龄期增长而增长,3 d龄期混凝土应力变化较小,应变增幅明显,是由于早龄期混凝土刚性小所致,试件破坏程度随应变率增大而加剧,水泥基体与钢纤维之间握裹力没有完全形成,造成钢纤维掺入对改善混凝土破坏程度不明显;7 d龄期混凝土动态抗压强度有所提升,应力峰值点凸显,达到峰值应力后,应力变化较快,呈现弹塑性变化特征,伴随水泥基体与钢纤维之间握裹力增大,试件破碎块度逐渐减小,钢纤维对改善混凝土冲击力学性能逐步凸显。     

天津高银117大厦C50P8超大体积筏板缩尺模型混凝土浇筑试验研究

随着超高层建筑高度和体量的不断增大,基础筏板呈现大体积、高强度、大厚度的发展趋势,由此带来的大体积混凝土温度与裂缝控制问题愈发突出。依托天津高银117大厦C50P8超大体积筏板混凝土工程实际,首次在国内外大体积筏板施工领域,采用尺寸为6.5m×6.5m×6.5m(275m3)的筏板缩尺模型进行模拟试验,对混凝土的内部温度及应力情况进行监测分析。研究表明:混凝土中心部位和外部的温差在混凝土升温阶段保持相对较低的水平,在混凝土降温阶段,尤其是去掉覆盖以后,内外温差较大;实际施工中应时刻关注降温时混凝土的内外温差,调整保温层的厚度和移除保温层的时间;混凝土表层的应力应变较混凝土中心部位更大;混凝土在7d和14d时的开裂风险较高,在28d时开裂风险相对较低。     

某工程大体积混凝土温度场的试验研究

为了控制大体积混凝土的水化热温度,对控制混凝土早期裂缝提供依据,了解温度对混凝土早期力学性能的影响,采用镍铬-镍硅型热电偶传感器对混凝土内部温度场进行了实测.结果表明,混凝土浇筑初期内部温度场沿深度呈抛物线分布,最高温度为58℃,在浇筑后3 d出现,持续1 d左右,混凝土中心与表面最大温差19℃.通过实测的温度场分布情况,可以直接了解混凝土内部温度变化趋势,对控制水化热温度和温度裂缝起指导作用.     

大型钢管混凝土组合拱肋温度场及效应分析

钢管混凝土组合结构受温度的影响是多方面的，研究其从结构成型至服役全过程的温度分布规律及温度效应，对该结构的设计、施工和运营维护十分重要。通过对全尺寸钢管混凝土从混凝土硬化开始至成型后一段时间的温度进行实时监测，分析温度场规律，再建立有限元模型分析由温度产生的效应。结果表明：钢管混凝土内表温差易引起脱空现象，特别是水化热峰值结束后10 h左右，该段时间需要做好保温措施；太阳辐射产生的温度最大可达到15℃，显著影响着钢管混凝土的温度分布；截面径向温度呈两端低中间高的抛物线型非线性分布；钢管混凝土表面的应变与温度保持异步变化；外包混凝土浇筑后，在其水化热峰值时刻，管内混凝土应力最大达到3 MPa左右，钢管的应力可达到36 MPa，外包混凝土直至硬化完成，最大应力也不到2 MPa。这些结论可为钢管混凝土组合结构的设计、施工优化与病害消除提供借鉴和参考。     

自然养护条件下各龄期混凝土抗压性能研究

为研究自然养护条件下龄期和环境温度对混凝土抗压性能的影响,进行了25组75个立方体抗压试验,25组75个棱柱体轴心抗压试验,试验参数主要包括:28 d混凝土强度等级、龄期和环境累计温度。试验结果表明:龄期越早,养护累计温度对混凝土强度的发展进程影响越大,而龄期达到7 d以上养护累计温度对混凝土抗压强度发展的影响则较小。在试验的基础上,采用最小二乘法回归得到了基于龄期和养护累计温度的混凝土抗压强度预测计算式。最后,在现有混凝土受压应力-应变关系的基础上,提出了自然养护条件下基于龄期和养护累计温度双参数的受压应力-应变本构关系。