文档介绍：珠江黄埔大桥索塔承台 大体积混凝土浇筑温度场和温度应力分析中铁大桥局三公司试验检测公司2005年7月一、计算条件1、承台尺寸:承台尺寸为19×19×6米,系梁尺寸为8×31×6米,封底混凝土厚2m,尺寸详图1。2、承台浇注方式:分为两层浇筑,、,每隔七天浇筑3、地温:土壤温度取20°C4、平均气温:25°C5、通水管直径:Φ25×、混凝土入模温度:30°C7、混凝土弹性模量:最终弹性模量E=、混凝土强度:混凝土最终抗拉强度:;三天龄期抗拉强度:、水泥最终水化热总量Q0=377kJ/kg,水泥用量W=275kg/m3水化热过程:Qr=Q0(1-e-mt),、材料的热学性能参数混凝土表面放热系数β=50KJ/hm2°C11、计算工况(1)混凝土自然冷却:Q0=377KJ/KG(2)埋设水管循环冷却:Q0=377KJ/KG水管直径:Φ25×;,,。12、计算方法分别采用手算和有限元分析方法进行珠江黄埔大桥北汊桥索塔承台大体积混凝土浇筑温度场和温度应力分析。二、温度场计算原理和方法(有限元方法)有限单元法是目前解决复杂空间结构静、动力问题最有效的数值方法之一。它可以方便地处理各种复杂地几何条件、物理条件和荷载条件。对于实际工程问题,可根据变形和受力特点地不同,采用不同类型地单元进行离散,以提高对工程问题地计算效率和计算精度。1、基本方程:式中:T为温度;θ为混凝土的绝热温升;a为混凝土的导温系数。2、混凝土承台自由散热边界条件:式中:λ为混凝土导热系数;β为混凝土表面放热系数;T为混凝土表面温度;为大气温度Ta。3、混凝土承台与下部基础接触面边界条件:式中:T1、T2分别为混凝土承台和基础边缘温度;λ1、λ2分别为混凝土承台和基础导热系数。4、有限元离散模型承台混凝土浇注温度场分析有限元计算模型见图1(a),计算模型包括承台、下部土壤。承台混凝土浇注分四层,,混凝土浇注间隔七天;下部土壤取为:60m×45m×10m,取模范围满足等温边界条件。模型采用三维实体单元划分,承台结构划分为12000个8节点实体单元,土壤划分为1632个8节点实体单元,共15645个节点。承台混凝土分层浇注采用“单元死活”模拟,当浇注第一层混凝土时,其他三层混凝土单元处于“死”的状态,仅当浇注该层混凝土时刻,才激活该层混凝土单元。三、金属水管冷却计算假设混凝土初始温度为T0,水管进水口处温度为TW,在管长L处的水温为Tlm,在管长L处混凝土截面的平均温度为Tlm,在长度l范围内混凝土的平均温度为Tm,定义由热量的平衡,可得式中:Q1为水温不变时,从混凝土流入水中的热量,式中c=r为冷却管的半径,λ为导热系数;,Q2为从温度升高了的水中倒灌到初温为零的混凝土中的热量,式中b为冷却柱体的半径;        为在长度0~L范围内水吸收的热量,式中Cw为水的比热,ρw为水的密度,qw为水的流量。令代入式(6)得到决定变量Y的方程为:式中F(t)参考美国肯务局用分离变量法。由式(5),(7)~(9)可以得到Tlm,Tlm,Tm。四、大体积混凝土自然冷却温度场及温度应力计算(手算)1、大体积混凝土浇筑后应力状况分析第一种是混凝土初期升温阶段,混凝土表面散热快,中心散热慢,形成温度梯度。表面因受到内部的膨胀影响而受拉。由于初期的混凝土强度很低,表面可能出现拉应力超过允许应力而开裂的情况。第二种是混凝土中后期降温阶段。由于混凝土的冷缩及混凝土硬化过程中本身收缩,这两种收缩受到结构本身及边界条件约束而产生的拉应力,可能引起混凝土断面产生贯穿性裂缝。如果采用措施降低混凝土内外温差,从而使混凝土拉应力小于混凝土本身的抗拉强度,就能防止混凝土在全断面内出现贯穿性裂缝。2、温度场及温度应力计算取混凝土的浇筑温度为30℃(1)混凝土的绝热温升式中:Tt——在t龄期时混凝土的绝热温升(℃)Th——混凝土最终绝热温升(℃)W——每立方米混凝土中水泥用量,W=275kg/m3Q——每kg水泥水化热量。根据《路桥施工计算手册》取377kJ/kgC——混凝土比热,——混凝土的容重,取2400kg/m3m——随水泥品种、比表面及浇筑温度而异的系数。查《斜拉桥建造技术》,浇筑温度为30时℃,——混凝土龄期(d),分别取3d,5d,7d,9d,12d,14d进行计算(2)混凝土内部温度式中:Ttmax——在龄期t时,混凝土内部中心的最高温度Tj——混凝土的浇筑温度(℃)Th——混凝土的最终绝热温升(℃)ξ(t)——不同浇筑块厚度在龄期t时的降温系数。根据《斜拉桥建