有限元计算在多年冻土区混凝土灌注桩温度场分布

针对在多年冻土地区建设青藏铁路时混凝土桥灌注桩水化放热引起周围冻土温度场变化这一实际工程问题,采用伽辽金法推导出带相变的瞬态温度场问题的有限元公式,在考虑混凝土作为放热边界的条件下综合考虑了气温变化、风速等多种因素,建立了多年冻土区混凝土桥灌注桩水化放热的传热模型,计算了由于混凝土水化放热引起的冻土温度场变化。结果表明:混凝土水化热在浇筑后半年内对多年冻土的温度场影响很大,回冻时间(融化的冻土温度重新回到天然状态的时间)长达2年以上。而用粉煤灰和硅灰取代一定质量的水泥可以减少混凝土水化热对冻土热状况的影响。     

桩基施工对冻土地区桩基热影响分析

针对多年冻土地区灌注桩施工桩周温度场的热影响问题,研究水化热对桩基沿径向温度变化规律及影响半径问题。基于非稳态温度场控制方程,分别建立了桩和冻土的三维非稳态温度场控制方程,并考虑边界条件和冻融相变过程,最终建立了桩基非稳态温度场的有限元计算模型。运用该模型对实际工程中灌注桩基产生的水化热对桩周温度场的热影响问题进行分析,得出浇筑混凝土后,不同深度处随龄期增加沿径向桩基温度变化规律及水化热引起较大热扰动半径约为6倍桩径,水化热对桩周围土体有较大的影响而且时间长,应采取措施减小混凝土水化热,从而达到减小冻土区桩基热影响问题。     

冻土区桩基回冻过程对单桩承载力和桥梁施工的影响分析

考虑大气温度、水文地质条件，混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应，以传热学为基础，给出了冻土区单桩地温场控制微分方程、边界和初始条件，以及其空间分析的有限元计算模式。结合工程实例对青藏高原典型湿润性地段多年冻土区的钻孔灌注桩单桩回冻过程温度场进行了计算，给出了桩身温度随深度及吲冻时问的变化。以设计规范为基础对单桩回冻过程中温度场的变化对单桩承载力的影响及施工进程的影响进行了分析，所得结论可为多年冻土区桥梁工程施工计划的制定提供理论依据。     

桥梁钻孔灌注桩施工中高温冻土地基温度场动态监测与研究

通过对钻孔灌注桩地基温度变化进程进行为期 1 a 的监测,掌握了施工扰动下高温冻土地基温度场的变化规律。研究结果表明,采用冲击钻成孔工艺的混凝土灌注桩施工,对地基温度场的热扰动较大;寒季大气降温仅对浅层地基具有直接冷冻作用,而发生在深层自下而上冻结过程和桩侧土体由外向内的冻结过程却十分缓慢,温度降低幅度有限。高温多年冻土地段钻孔灌注桩群桩基础周围土体的温度,在有限的施工期内不能回冻到初始温度状况。     

多年冻土地区工程桩竖向承载力三维数值分析

根据冻土与混凝土圆柱问冻结强度试验,得出冻土温度对冻结强度影响强烈的特点.将混凝土灌注桩、桩周冻土及桩土接触面简化成有限元集合体,编制了三维非线性有限元程序.计算的荷载一沉降曲线与漠河多年冻土区现场试验荷载-沉降曲线吻合程度良好,验证了该模型的适用性;对不同的冻土温度、桩径、桩长等因素进行了参数影响分析,得到对桩承载力...     

控制水化热外加剂对混凝土温度场影响的试验研究

试验采用在混凝土中掺加1%的控制水化热外加剂、掺加1%的控制水化热外加剂同时使用粉煤灰替代水泥用量,通过Midas有限元计算温度场结果和实测结果进行对比,系统地研究控制水化热外加剂对混凝土温度场的影响,并且测试混凝土的抗压强度。研究结果表明:(1)混凝土中掺加控制水化热外加剂后,混凝土的核心温度和里表温差降低,抗压强度有所提高;(2)混凝土中掺加控制水化热外加剂,同时用适量粉煤灰代替水泥用量后,既可以双重降低混凝土的水化热,也可以保证不降低混凝土的抗压强度;(3)混凝土中掺加控制水化热外加剂后,混凝土温度场的Midas有限元计算结果和实测结果符合性较好,有限元计算结果可信;(4)控制水化热外加剂不仅可以延缓水泥早期水化,而且能显著降低水化热温升值;控制水化热外加剂可以改善水化中后期水泥浆体与集料之间的界面,从而提高中后期混凝土的抗压强度。     

浅谈水下钻孔灌注桩灌注砼施工控制

钻孔灌注桩属于隐蔽工程,成桩环节多,施工过程容易出现质量事故,水下浇注砼施工是灌注桩质量控制中最重要的一个环节。灌注砼必须连续进行,否则先浇灌进去的砼达到初凝,将阻止后浇灌的砼从导管中流出。施工中,砼浇注速度应尽可能地快一些,终止浇注混凝土前,须确定砼面真实高度,以见砼中粗骨料为准。     

多年冻土区路桥过渡段沉降特性数值模拟研究

通过ANSYS有限元数值模拟软件研究了热棒在多年冻土区路桥过渡段的作用,研究结果表明:埋设热棒以后在路基下形成了一个低温冻土核,明显改变了路基温度场的分布特征,热棒工作期间其周围土体温度被大大降低。研究结果对完善多年冻土区路桥过渡段工程热防护设计方法,改善其技术状况,保证多年冻土区铁路安全运营具有重要的现实意义。     

多年冻土区桩基温度场监测及数据分析

为获取岛状多年冻土地区钻孔灌注桩和桩周冻土的温度场变化规律,依托大兴安岭岛状冻土区漠大线林区伴行公路工程,在K216+746处工程桥桩位置建立试桩试验场。通过对试验场地桩-土的温度监测,得到试桩浇筑完之后,桩体的温度随时间的变化曲线和桩侧冻土不同深度处的温度随时间的变化曲线。从中发现冻土上限位置以上部位的桩-土的温度受到外界大气温度变化的影响显著,越往下影响越弱;桩基的回冻期为2个多月;混凝土水化热横向传递速度为0.2m/d,热扰动范围为1~2倍桩径。     

持续低温环境下混凝土水化程度及孔结构变化对其强度影响试验研究

桥梁钻孔灌注桩设计施工已经在青藏铁路多年冻土区广泛使用,但多年冻土区持续低温的水化环境会导致灌注桩混凝土水化反应速率的显著减小,进而减缓灌注桩混凝土早期的强度增长。通过试验研究,完成了多年冻土区桥梁钻孔灌注桩混凝土水化放热特性的定量化分析,确定了灌注桩混凝土在不同持续低温环境下水泥水化程度随龄期变化的增长规律。在此基础上,进一步完成了标准养护环境下以及不同持续低温养护环境下的混凝土立方体强度试验,通过Matlab对试验数据进行处理分析,得出了受持续低温环境影响的混凝土强度与其水化程度对应的增长变化规律。同时应用孔结构测试仪进行了气泡数目、气泡弦长、硬化混凝土空气含量观测等,进一步阐明持续低温环境对灌注桩混凝土强度影响的内在机理。     

冻土区桥梁群桩基础地基回冻过程的非线性分析

考虑大气温度、水文地质条件、混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应,以传热学为基础,给出了冻土区桥梁群桩基础地温场控制微分方程、边界和初始条件,及其空间分析有限元计算模式。结合青藏铁路冻土区某桥梁工程实例对群桩回冻过程温度场进行了计算,将计算值与实测数据进行了对比,提出了回冻率的概念,并对回冻过程及前景进行了分析。     

基于MIDAS的某客运站桥墩承台混凝土温度场仿真分析

以某客运站桥墩承台混凝土浇筑为背景,采用有限元软件MIDAS建立承台的水化热模型,探讨了影响水化热的主要参数和温度场理论。通过MIDAS模拟所得到的温度场的数据和实测数据基本吻合,模型能很好的应用到工程实际。     

低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态承载性质试验研究

 多年冻土地基由于大直径钻孔灌注桩桩身混凝土水化热造成桩周冻土融化,而桩体混凝土灌注初期桩土体系不具备冻结强度,导致钻孔灌注桩初期承载力很低。研究低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态的承载力和变形性质,可为工程施工工期安排提供技术依据。结合青藏铁路索南达杰特大桥工程进行低温多年冻土大直径钻孔灌注桩地温测试及现场静载试验,为此设置桩土界面测温孔(SB)、桩侧测温孔(SC,距离桩壁30 cm)以及未受施工扰动的基准地温孔(JZ)。获得夏季灌注桩混凝土入模温度为11 ℃,不同龄期桩土体系的地温分布,并分析桩土体系的回冻过程。测试数据表明：混凝土灌注完成30 d以后,桩顶至地表下2 m为正温,地表下2 m到桩底桩身表面均为负温,在－0.43 ℃～－1.26 ℃范围内变化;灌注50 d以后,桩土界面地温逐渐降低,为－1.0 ℃～－1.85 ℃,与未受扰动天然地基地温相比,桩土体系尚未完全回冻。同时进行不同地温条件下基桩的现场静载试验,分析竖向承载力、变形及桩侧摩阻(或冻结力)分布特性。当加载到最大荷载(7 600 kN)时,桩顶竖向位移达到4.93 mm,卸载后未恢复的变形为1.01 mm,说明低温多年冻土地基钻孔灌注桩在未完全回冻状态下(试桩龄期30 d)基桩具有较高竖向承载力,且变形量小。     

箱梁零号块水化热分析

箱梁零号块由于混凝土体积较大,施工过程中,水泥水化反应放热,导致混凝土在硬化期间承受了较大的温度应力,采用瞬态热应力有限元分析方法,对箱梁零号块进行了温度场和应力场分析。分析了箱梁零号块在浇筑后不同时间段的温度场和应力场。总结了箱梁零号块水化热反应期间梁体受力不利部位。同时为了降低混凝土水化热,对不同水泥含量的混凝土进行了水化热分析,分析结果表明：低放热水泥能有效降低箱梁零号块的温度应力,大大降低混凝土开裂风险。     

桩基对大体积承台水化热问题影响研究

为更好地研究桩基对大体积混凝土承台水化热温度场与温度应力问题,基于Midas软件建立承台有桩和无桩模型,对大体积承台进行水化热仿真计算,并将结果与大体积承台水化热实测数据进行比较。研究结果表明:有桩模型下部温度场分布为中心部位高四周低,且在冷却管部位出现低温断层;下部节点应力满足先拉应力后压应力的规律。有桩模型底部温度基本处于稳定范围内,并在沿桩基截面形成放射状低温区;底部节点应力发展规律紊乱,极易产生破坏。     

冻土区现浇桥涵基础水化热的有限元模拟

结合工程实际,研究了夏季施工时基础开挖以及混凝土浇筑产生的水化热对基底冻土温度场的影响规律,可以为座落在冻土区的基础工程的设计与施工提供指导,并对相关工程采取必要的措施维护其稳定性及有关问题的进一步研究具有参考意义。     

岛状多年冻土地区CFG桩温度场分析

在伊绥高速公路K44+400～K44+575段建立CFG桩—岛状冻土温度试验场,通过观测并分析CFG桩在岛状冻土中的温度变化情况,得出了CFG桩在岛状冻土中的温度变化特点,以及桩上筏板的温度变化规律,并通过有限元软件建立CFG桩—岛状冻土热传递模型,分析了不同的影响因素对CFG桩温度场的影响,并得出部分结论。     

大型桥墩承台施工期温度控制模拟研究

运用三维有限元分析方法,考虑了冷却水管与周围环境的相互作用,对桥墩大体积混凝土承台实际施工过程的温度场进行了全程仿真计算.结果表明承台面是温度梯度最高且产生拉应力最大的部位;若工期及工艺允许,宜拉大各层混凝土的浇筑间隔,以降低各层混凝土之间水化热的相互影响;外界温度变化对混凝土核心温度影响程度小,但明显影响其表面应力.     

广州新电视塔3．8m大直径人工挖孔桩混凝土水化热分析

广州新电视塔24根钢柱的基础为直径3．8m的人工挖孔桩,桩身混凝土在凝结和硬化过程中产生的水化热会导致桩身出现贯通裂缝．影响桩承载力。用MIDAS／GEN软件建立3．8m挖孔桩和周边岩层的模型,由于模型具有对称性,取1／2模型进行桩身大体积混凝土水化热计算机模拟分析,主要是对混凝土浇筑完成后的第24、48、72、96、120和168小时进行温度和应力模拟,并提出桩芯混凝土降温措施,以确保桩身不出现有害裂缝。利用预埋的超声波管作为测温孔测量桩体内部温度．并与计算机模拟结果分析对比,以验证模拟结果的准确性。     

基于ANSYS的大体积混凝土的水化热模拟研究

采用ANSYS有限元软件热分析模块对大体积承台水化过程中的温度场和温度应力进行了模拟研究,混凝土中心温度变化的模拟结果与实测数据反映一致;此外,温度应力最大值出现在基础底部,且小于混凝土的抗拉应力,不会出现温度裂缝,这也与同一配比的实验结果相符.所以,把有限元分析应用于混凝土配比的选取来预防施工中出现温度裂缝是可行的.