大体积混凝土温度场模拟分析及防裂关键技术研究

论文摘要

大体积混凝土裂缝一直以来是工程界十分关注的问题。温度裂缝的预防和控制,使得对混凝土温度场的模拟分析成为一个重要的研究内容。本文基于有限单元法结合郑州黄河公铁两用桥6号桥墩温控实践,对大体积混凝土温度场和应力场进行了较为深入的研究。主要内容如下:(1)介绍了大体积混凝土温度裂缝的特点,产生原因;并对大体积混凝土温度裂缝产生原理进行了分析。(2)运用Midas软件对桥墩温度场进行模拟分析,结合温控的实测数据,总结出大体积混凝土温度场的变化规律。(3)通过有限元计算模拟,分析了后浇结构的浇筑对先浇结构温度场应力场的影响;重点阐述后浇结构混凝土的界面尺寸效应对温度场应力场影响。(4)依据分析得出的结论,结合现有国内外研究成果,本文最后对大体积混凝土裂缝的预防提出了相关建议和措施;同时对影响冷却水管冷却效果的敏感因素做了参数分析,主要考虑了冷却水温度、水管间距、冷却水流量对混凝土体内最高温升的影响,得出了一些有益的结论。本文基于热传导理论,运用有限元软件,对温度控制过程进行了模拟,将所得结果与实测结果对比分析得出的相关规律,将为温度裂缝的预防提供必要的理论依据,为工程实践起到一定的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题提出
• 1.2 大体积混凝土温度裂缝控制的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 大体积混凝土温度裂缝产生原因
• 2.1 大体积混凝土温度裂缝概念
• 2.2 大体积混凝土温度裂缝的特点
• 2.3 大体积混凝土温度裂缝产生原因
• 2.3.1 水泥水化热是大体积混凝土开裂的主要因素
• 2.3.2 外界气温变化的影响
• 2.3.3 混凝土收缩
• 2.3.4 约束条件
• 2.3.5 徐变性质
• 第3章 大体积混凝土温度及温度应力计算理论
• 3.1 热传导方程计算理论
• 3.1.1 热传导方程
• 3.1.2 初始条件和边界条件
• 3.1.3 第三类边界条件的近似处理
• 3.1.4 表面保温层计算
• 3.2 大体积混凝土的温度计算组成
• 3.2.1 水泥水化热
• 3.2.2 混凝土绝热温升
• 3.3 混凝土导温系数
• 3.4 混凝土表面对流系数
• 3.5 冷却水管对流系数
• 3.6 大体积混凝土计算经验公式
• 3.6.1 最高温度
• 3.6.2 表面温度
• 3.6.3 内外最大温差
• 3.6.4 温度应力计算
• 3.6.5 保温材料厚度的计算
• 3.6.6 冷却水管流量设计
• 3.7 小结
• 第4章 大体积混凝土温度场模拟分析的MIDAS方法
• 4.1 引言
• 4.2 模拟分析任务
• 4.3 模拟分析步骤
• 4.3.1 确定模拟对象
• 4.3.2 确定模拟计算的方案
• 4.3.3 MIDAS软件主要功能
• 4.3.4 MIDAS水化热分析的主要步骤
• 4.4 大体积混凝土模拟计算中的主要问题
• 4.4.1 计算速度的问题
• 4.4.2 数学模型的问题
• 4.4.3 计算参数真实描述的问题
• 4.4.4 施工参数精确描述的问题
• 4.5 小结
• 第5章 桥墩大体积混凝土温度场结果及分析
• 5.1 工程概述
• 5.2 基本计算资料
• 5.2.1 气象资料
• 5.2.2 混凝土配合比及热性能参数
• 5.3 有限元模型的建立
• 5.3.1 基本假设
• 5.3.2 6 号桥墩有限元模型（1/4 结构）
• 5.3.3 管冷方案
• 5.3.4 施工阶段模拟
• 5.4 桥墩温度场分析
• 5.4.1 桥墩承台结构温度场模拟分析
• 5.5 桥墩实测温度分析
• 5.5.1 承台混凝土降温与温度场监测方案
• 5.5.2 测试仪器及原件
• 5.5.3 温度测点布置
• 5.5.4 温度测试
• 5.5.5 温度实测数据采集
• 5.5.6 测点实测值与理论值对比
• 5.5.7 后浇结构浇筑对先浇结构温度场的影响分析
• 第6章 桥墩大体积混凝土温度应力计算结果分析
• 6.1 概述
• 6.2 大体积混凝土温度应力的类型及特点
• 6.2.1 根据大体积混凝土温度应力的三个发展过程
• 6.2.2 根据引起大体积混凝土温度应力的两种原因
• 6.3 影响大体积混凝土温度应力的因素
• 6.4 大体积混凝土热弹塑性体本构模型
• 6.5 温度应力模拟分析的一般步骤
• 6.6 有限元计算结果及分析
• 6.6.1 桥墩大体积混凝土结构有限元分析施工阶段设置
• 6.6.2 桥墩大体积混凝土结构温度应力，位移变化分析
• 6.6.3 桥墩大体积混凝土各结构相互作用约束应力分析
• 第7章 大体积混凝土温度控制技术研究
• 7.1 引言
• 7.2 冷却水温度的影响
• 7.3 冷却水流量的影响
• 7.4 水管间距的影响
• 7.5 温度裂缝预防措施
• 7.5.1 选择合理的结构形式和分缝分块
• 7.5.2 选择混凝土原材料、优化混凝土配合比
• 7.5.3 严格控制混凝土温度，减小温差
• 7.5.4 加强施工管理
• 7.6 小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 本文结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录