非稳对流模式下混凝土箱梁内生热场与计算方法

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑风速的影响,建立了非稳定对流热传导模式,利用有限元程序对8种风况的混凝土箱梁水化热温度场进行分析,总结了非稳定对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,利用MATLAB分布拟合温度峰值和温差峰值随风速变化的计算公式.研究结果表明:非稳定计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;水化热温升效应明显、衰减缓慢、约48 h达到温度峰值;风速影响各个时间点的水化热温度数值,然对其变化趋势无影响,风速对温升影响小,对温度的衰减影响大;随着风速的增大,水化热温度衰减趋势逐渐降低,薄厚差异明显的结构温度衰减具有阶跃现象;当风速较大时,温度衰减变化幅度减小,有靠拢之趋势;风速对温差峰值的影响与风速对温度峰值的影响呈相反趋势;温差64 h左右达到峰值、其值约24℃;减小风速,有利于控制温差,旨在达到控制温度应力的目的.     

混凝土箱梁浇筑养护方案数值评估研究

大体积混凝土结构在浇筑过程中水化放热会形成对结构不利的瞬态温度场，为此提出了一种混凝土箱梁浇筑温度场的数值分析方法.采用有限元方法模拟了箱梁混凝土的水化放热及其各种实际热边界条件，并通过与实测数据对比，验证了该方法的精度.以杭州湾跨海大桥非通航孔桥的70 m跨整体浇筑预制的大截面混凝土箱梁为例，利用该方法定量评估了各种浇筑养护方案控制水化热的效果，为工程选用了有效的水化热控制方案，能够有效防止混凝土产生早期温度裂缝.     

热湿传导模型在早龄期混凝土非结构性裂缝分析中的应用

为了更加准确的分析混凝土结构早龄期非结构性裂缝的产生机理,提出了混凝土三维有限元热湿传导数值计算模型.该模型考虑了水泥水化放热引起的混凝土温度变化、表面干燥失水而造成的混凝土湿度非均匀分布和热传导与湿度扩散之间的耦合作用;采用考虑水化度的混凝土弹性模量和抗拉强度计算公式来表征早龄期时温度变化对其力学性能的影响,同时在应力分析中采用Bazant的双幂函数徐变模型.算例分析表明,该模型能很好地预测实际条件下混凝土温度、湿度变化和相应产生的应力,具有一定的工程应用价值.     

热管在大体积混凝土结构温度控制中的应用研究

在数值计算的基础上，探索了一种很有希望的、新型的对大体积混凝土结构进行温度控制的方法，即应用热管将大体积混凝土结构中产生的水化热传递出去，有效地控制了由于水化热引起的混凝土内部的温度梯度，使其达到规范的要求，避免产生裂缝，以满足强度的需要。而且可以通过对热管间距及热管运行温度的控制以适应不同实际情况的需要；与常规的混凝土养护方法相比，能较大地节约能源与投资，经实验证实，该方法理论模型及计算结果与试验结果吻合良好。     

基于概率分析的混凝土箱梁温度梯度模式

为了建立混凝土箱梁的温度梯度模式,以位于浙江省千岛湖地区的一座大跨度连续刚构桥梁的温度场长期监测数据为基础,对箱梁的竖向最大正温差与环境气温之间的关系进行统计分析,建立依据日最高气温与日气温变化幅度估算混凝土箱梁竖向最大正温差的经验公式.根据极值统计理论提出箱梁的正温度梯度曲线,并与现行公路桥梁规范的温度梯度曲线进行比较.以实测气温、太阳辐射理论值为温度边界条件,根据二维热传导理论分析测试截面的理论温度场及分布特征.结果表明,现行规范的温度梯度曲线不能涵盖实测桥位地区50年一遇的气温条件,规范采用的温度梯度偏于不安全.按二维传热理论计算得到的理论温度场与实测值符合良好,理论分析能够模拟混凝土箱梁内部的温度分布特征.     

大体积高强混凝土施工过程中温度场分析

针对高强混凝土中总胶凝材料用量较多导致水化热剧烈、从而产生裂缝的问题,对大体积高强混凝土施工过程中的温度场进行了分析.通过对模型结构进行温度监测来指导实际工程混凝土配合比设计,并对施工方案的合理性进行了研究,根据水化热试验确定大体积高强混凝土水化热的计算参数.运用有限元软件MIDAS/GEN及ABAQUS进行温度场分析,结果表明,大体积高强混凝土结构比普通大体积混凝土结构升温更快,峰值温度更高,应当加强养护;进行水化热计算时,水化热系数m及最终水化热Q0的常用值需针对大体积高强混凝土作适当调整.     

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.     

水泥粒径分布对混凝土绝热温升影响的模拟

为了模拟水泥粒径分布对混凝土绝热温升过程的影响,建立了一个基于水化深度的水化模型．该模型假定混凝土中水泥水化过程由水化深度控制,且水化深度随时间的发展与颗粒粒径无关;通过水泥等温放热曲线试验推导得出最大水化深度的存在;假定温度对水化过程的影响满足Arrhenius公式．通过混凝土绝热温升仪测定了3种不同初始温度下的绝热温升曲线,以此得到水化模型所需的基准水化速率曲线．最后将建立的水化模型用于模拟混凝土的绝热温升曲线,结果表明:基于水化深度的水化模型能够准确模拟水泥粒径分布和初始温度对混凝土绝热温升的影响．     

早期混凝土热学参数优化及温度场精确模拟

早期混凝土温度场变化剧烈,其生热过程、导热性能都与水化过程密切相关。综合混凝土绝热温升方程、热学参数和边界条件三方面,进行了早龄期混凝土热学参数优化和温度场精确模拟的研究。在室内试验基础上,采用Python语言编写遗传算法程序,并将二次开发的ABAQUS温度场子程序嵌入到遗传算法中,进行了绝热温升方程的参数优化;考虑导热系数和比热变化,开发了基于水化度的热学参数子程序。采用优化后绝热温升方程对某工程实例进行了对比研究,结果表明：热学参数变化对早期混凝土的温度场分布有重要影响,考虑水化度热学参数变化的工况比不考虑该参数变化的工况,承台内部温度最高值增大7.28%,表面温度最高值增大14.30%,内外温差增大3.81%,内外温差值较高的范围也较大;研究成果能更为精确的预测结构早期应力和开裂。     

大跨径混凝土箱梁桥有效温度与应变的实测分析

基于苏通大桥辅助航道桥运营期两年内实测的温度、气象和应变数据,对混凝土箱梁的有效温度与应变进行了分析。结果表明:箱梁的尺寸越小,有效温度变化的范围越大,设计基准期为100年的墩顶梁和跨中箱梁的有效温度范围分别为(-4.3℃,37.3℃)和(-6.1℃,42.2℃);大气前3天的最高(低)平均温度与箱梁有效温度的相关性系数高达0.97,通过回归分析得到的箱梁有效温度与大气前3天平均最高(低)温度的关系式,可用来对箱梁有效温度进行预测。最后提出了修正混凝土收缩、徐变效应的方法,并使用箱梁有效温度对主墩墩底混凝土的竖向相对应变和支座截面箱梁顶板混凝土的纵向相对应变进行了预测。     

混凝土墙板的水化热温升计算浅探

把混凝土浇筑块水化热温升计算方法运用到混凝土墙板的水化热温升计算,并结合工程实际计算了板中心和板面温升随时间的变化曲线及在混凝土内达最大温升时沿墙板厚度的水化热温升分布线。     

预填埋相变材料对混凝土水化热温升的降低效果

为了探讨能安全有效地降低混凝土水化热温升的方法,采用自制保温装置测量了普通混凝土构件和预填埋相变材料的混凝土构件内部相同位置温度随时间的变化,对预填埋相变材料降低混凝土内部温升效果的影响因素进行了计算和分析。研究结果表明:填埋相变材料后混凝土的内部温度与相变材料的填埋量、比热、相变热、相变温度,混凝土的比热、密度和初始温度,胶凝材料的用量和水泥水化热等因素相关。采用填埋相变材料的方法能够降低混凝土的内部温度峰值,延缓温度峰值的出现时间,但不能降低混凝土内部的后期温度。     

混凝土中水泥水化反应放热模型及其应用

大体积混凝土结构水化热温度场分析的关键是混凝土中水泥水化反应放热模型的确定。基于化学反应动力学原理，提出了一种物理意义明确，考虑了温度和化学反应物浓度对化学反应速率影响的混凝土中水泥水化反应放热模型，并将其应用于有限元分析。算例分析表明，该模型能很好地拟合了混凝土绝热温升的实测数据，较精确地预测了在不同浇筑温度下混凝土绝热温升的变化规律。     

大体积混凝土水化效应的有限元分析

根据实测的接驾咀特大桥系杆拱桥端横梁的水化热温度场,采用三维瞬态温度场理论,利用ANSYS有限元软件,对分二次浇筑与整体浇筑时端横梁水化热温度场和应力场的分布规律进行了分析。分析结果表明,整体浇筑时端横梁水化温升要较分层浇筑时快,采用分层浇筑方式可有效地降低大体积混凝土水化效应的温度场和温度应力。所建立的大体积混凝土水化效应的温度场和温度应力的有限元分析方法和分析结果可为施工方案的选择提供参考。     

预应力混凝土箱梁温度场及温度应力现场测试研究

根据现场测试结果,分析了预应力混凝土箱梁水化热产生的温度场以及温度应变随时间的变化规律。水化热温度时程曲线包括升温阶段、恒温阶段、迅速降温和缓慢降温四个阶段。水化热温度峰值随着入模温度的升高而增大,其变化规律近似符合线性关系。实测数据显示水化热温度应力可能导致混凝土结构开裂。此外,通过现场连续观测得到日照温度梯度的非线性分布规律及日照温度应力的变化规律。测试结果表明中国现行公路桥涵规范中不考虑底板的温度梯度是偏不安全的。结合分析结果,提出了预防温度裂缝的措施。研究结论可为预应力混凝土箱梁桥的设计和施工提供参考。     

复合胶凝材料钢管混凝土拱肋水化过程截面温度场试验及数值模拟分析

针对复合胶凝材料钢管混凝土拱肋水化过程,对混凝土水化热作用下的钢管拱肋截面温度场进行了连续试验观测,以热传导理论结合有限元方法建立了钢管混凝土水化热分析模型,并进行了数值模拟分析。研究考虑了初始条件下水泥水化热的计算模型,并讨论了钢管厚度、管径等参数对钢管混凝土拱肋成型过程截面温度特性的影响。结果表明,对于复合胶凝材料钢管混凝土水化热的计算模型采用双曲线函数式较为合理;钢管拱壁厚对其截面温度场的影响较小,最大差值在2～3℃,而管径的大小对其影响较大,最大差值达20℃。     

A Model for Temperature Influence on Concrete Hydration Exothermic Rate （Part one： Theory and Experiment）

Recent achievements in concrete hydration exothermic models based on Arrhenius equation have improved computation accuracy for mass concrete temperature field. But the properties of the activation energy and the gas constant （Ea/R） have not been well studied yet. From the latest experiments it is shown that Ea/R obviously changes with the hydration degree without fixed form. In this paper, the relationship between hydration degree and Ea/R is studied and a new hydration exothermic model is proposed. With those achievements, the mass concrete temperature field with arbitrary boundary condition can be calculated more precisely.     

碾压混凝土非绝热温升参数反演分析

混凝土边界传热过程的确定是进行温度场和应力场仿真分析的关键,是研究混凝土结构温控防裂问题的重要方面之一.依托某工程,进行碾压混凝土在非绝热状态下的温度试验,并获得实测数据.采用改进遗传算法作为数值反演方法,对实测数据进行了温度场的反演计算,并将计算值与实测值进行了比较,分析反演结果的合理性,同时获得了与工程条件相符的不...     

混凝土结构中水化热产生温度应力的仿真分析

基于水化热产生温度应力的基本特性,利用有限元分析软件ANSYS计算出水化热在混凝土结构中产生的温度数值,并就SPF动物房建筑部分超长混凝土框架梁（83.1m）在水化热产生温度的情况下,对结构构件中产生的温度应力和应变进行仿真分析,根据分析结果总结出水化热产生不利影响的防治措施,为工程结构设计,施工以及后续的工程水化热研究工作提供理论依据和数据支撑。     

预冷流模式下混凝土箱梁水化热场时程分布与计算方法

推导了混凝土水化热预冷流复合降热方程,建立了混凝土水化热预冷流模式。采用大型空间有限元程序AN-SYS,对浇注箱梁墩顶块混凝土水化热场进行时程分析,分析了温度峰值和温差峰值的时程变化规律,提出了实用计算公式。结果表明:预冷流模式可明显降低浇注混凝土的水化热温度峰值和温差峰值,缩短最大温度峰值出现的时间,而不改变温差峰值发生的时间。实用计算公式简单明确。