midas算例大体积混凝土水化热.docx
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midas算例大体积混凝土水化热
大概积混凝土施工阶段水化热剖析
一、概要1
二、剖析模型截面数据1
三、资料热特征值2
四、构造建模2
4.1设定建模环境3
4.2定义构件资料3
4.3定义时间依存资料4
4.4时间依存资料连结4
4.5成立构造模型5
五、结果剖析9
一、概要
当前,大概积混凝土、高强混凝土以及持久性混凝土正被宽泛应用于实质工程中,由水化热惹起的温度裂痕也渐渐成为设计人员关注的课题。
水化热惹起的温度裂痕大多发生在构造施工早期,宽度较大且贯穿裂痕比许多,对构造的持久性、透水性会产生严重影响,所以在设计、施工以及监理阶段需要详尽验算水化热惹起的温度应力。
此外,大概积混凝土构造是分阶段浇筑的,分阶段浇筑的混凝土拥有不一样的混凝土材龄和热特征值,所以一定分施工阶段做水化热剖析。
因混凝土水化热惹起的温度应力分为内部拘束应力和外面拘束应力。
内部拘束应力是由于混凝土温度散布的不平衡拘束了构造体积的膨胀而发
生的应力。
在水化反响早期,混凝土表面温度和内部温差使混凝土表面发生张拉应力;在温度降落阶段由于内部缩短变形大于表面,所以在混凝土内部发生张拉应力。
内部拘束应力的大小与构造物内外温度差成比率。
外面拘束应力是由于已浇筑的混凝土或地基表面拘束了正在浇筑的混凝土的温度变形而发生的应力。
外面拘束的影响与接触表面的宽度和外面拘束刚度相关。
水化热剖析包含热传导剖析和温度应力剖析两个过程。
热传导剖析是计算节点温度随时间的变化量,即计算因水泥水化过程中发生的放热、对流、传导惹起的节点温度变化。
温度应力剖析是使用热传导剖析获得的各时间段的节点温度散布以及资料随时间变化的特征、混凝土随时间变化的缩短、混凝土随时间和应力变化的徐变等,计算大概积混凝土各施工阶段应力。
二、剖析模型截面数据
本例题使用的承台尺寸为25.6m×13.6m×4.5m,冷却水管部署以下列图所示,
分两层浇筑,第一次浇筑168小时(7d)此后浇筑第二层,对第二阶段浇筑的混
凝土水化热剖析时间为840小时(28+7d)。
0
6
5
0
2
2
2
1
0
0
5
0
5
4
4
5
1
5
2
2
0
2
1
80220080
2360
图2-1承台冷却水管部署立面图(单位:
cm)
0
5
0
0
1
0
0
6
6
31
11
0
5
R
0
0
1
0
5
80
22x100
80
2360
图2-2承台冷却水管部署平面图(单位:
cm)
三、资料热特征值
表3-1
使用资料及热特征值
构件地点
承台(C30)
封底混凝土(
C20)
物理特征
比热(KJ/kg·℃)
0.91
0.84
热传导系数(KJ/m·h·℃)
8.905
7.1
对流系数
表面
82.2
82.2
(KJ/m2·h·℃)
侧面
76.9
-
环境温度(℃)
36
36
浇筑温度(℃)
26
26
水流温度(℃)
26
26
绝热温升(℃)
42.6
42.6
强度进展系数
a=4.5,b=0.95
a=4.5,b=0.95
四、构造建模
分段浇筑的混凝土水化热施工阶段剖析的建模和剖析过程以下。
图4-1构造建模步骤表示图
4.1设定建模环境
翻开新项目(),保留()为“承台水化热.mcb”,
设定单位系统:
长度:
m,力:
Kgf。
。
4.2定义构件资料
承台封底为C20混凝土,承台为C30混凝土,依据上述计算的资料热特征
值,设定资料特征。
C20混凝土的比热为:
c=0.84kJkg?
C
热传导系数为:
=7.1kJm?
h?
C,C30混凝土的比热为:
c=0.91kJkg?
C
热传导系数
为:
=8.905kJm?
h?
C。
图4-2定义资料特征值
4.3定义时间依存资料
为了考虑徐变、缩短以及弹性模量的变化,定义时间依存资料。
模型/特征值。
图4-3定义时间依存资料
4.4时间依存资料连结
将前面定义的一般资料与时间依存资料连结起来。
模型/特征值/资料连结,缩短和徐变在水化热剖析控制里考虑。
图4-4时间依存资料连结
4.5成立构造模型
按照规则:
节点——板单元——实体单元。
在立面每层冷却水管、混凝土浇筑分层线地点,平面每道冷却水管地点均要成立节点。
先成立封底混凝土C20:
成立节点()(0,0,0),复制节点()
(x方向:
0.8,22@1.0,0.8、y方向:
1,0.8,10@1.0,0.8,1)。
图4-5基础垫层节点成立
成立平面板单元(),板厚能够输入任何值,扩展成实体单元时需要删除板单元,故板厚对建模没有影响。
图4-6基础垫层板单元成立
扩展成实体单元()(Z方向:
0.5,1.5,1.05,0.45,1.2,0.6)。
图4-7板单元扩展成实体单元
成立构造组,将封底混凝土、第一层承台、第二层承台分别成立构造组,为
后边施工阶段做准备。
图4-8成立封底混凝土和承台构造组
成立界限条件、界限组。
图4-9成立界限组并输入封底混凝土界限
荷载:
水化热。
图4-10水化热界面表示图
设置环境温度。
图4-11环境温度设置表示图
设置对流函数(顶面:
82.2KJ/(m2·h·℃)和侧面:
76.9KJ/(m2·h·℃))。
图4-12设置侧面和顶面界限对流函数
设置单元对流界限(顶面和侧面)。
图4-13设置每层混凝土侧面和顶面单元对流界限
设置封底混凝土固定温度。
图4-14设置封底混凝土固定温度
分派浇筑混凝土热源函数(42.6,0.605)。
图4-15分派浇筑承台混凝土热源函数
定义施工阶段:
CS1时间:
(1,12,24,36,48,72,96,120,144,168),CS2时间:
(1,12,24,36,48,72,96,120,144,168,336,672,840)。
图4-16定义施工阶段特征
输入管冷数据:
水的比热1Kcal/kg*℃=4.187KJ/kg*℃=418.7KJ/kN*℃水,
的比重9.8KN/m3。
冷却水的对流系数随冷却水的流动速度发生变化,流速为20~
60cm/sec时可用下式计算:
Hp=4.75v+43(kcal/m2*hr*℃),此中:
v:
流速(cm/sec)
本例题按20cm/sec计算,Hp=138kcal/m2*hr*℃=577.8kJ/m2*hr*℃
图4-17输入冷却水管参数值
模型计算剖析。
五、结果剖析
(1)第一层混凝土浇筑
第一施工阶段:
温度峰值(2d)
图5-1第一层混凝土浇筑温度峰值表示图
第一施工阶段:
温度峰值特点点图形
图5-2第一层混凝土浇筑温度峰值特点点时程图
第一施工阶段:
应力
图5-3第一层混凝土浇筑应力峰值表示图
第一施工阶段:
应力特点点图形
图5-4第一层混凝土浇筑应力峰值特点点时程图
(2)第二层混凝土浇筑
第二施工阶段:
温度峰值(2d)
图5-5第二层混凝土浇筑温度峰值表示图
第二施工阶段:
温度峰值特点点图形
图5-6第二层混凝土浇筑温度峰值特点点时程图
第二施工阶段:
应力
图5-7第二层混凝土浇筑应力峰值表示图
第二施工阶段:
应力特点点图形
图5-8第二层混凝土浇筑应力峰值特点点时程图
表5-1各层浇筑混凝土的温度场特点参数
出现部位
最高温度(℃)
最低温度(℃)
龄期(d)
最大内表温差
(℃)
第一层内部
45.9
36.0
2
9.9
第二层内部
44.9
35.5
2
9.4
表5-2第一层混凝土温度应力场剖析表(
MPa)
项目
龄期
1d
3d
7d
28d
允许抗拉强度
1.72
2.2
2.7
2.95
模型计算
0.47
0.96
1.05
0.73
安全系数K
3.66>1.15
2.29>1.15
2.57>1.15
4.04>1.15
比较结果
不出现有害温度
不出现有害温度
不出现有害温度
不出现有害温度
裂痕
裂痕
裂痕
裂痕
结论:
由计算结果可知,在承台中部署的冷却水管起到了预料的成效,设置的冷却
水管是合理的、有效的,能够有效控制在承台大概积混凝土浇筑时所产生的水化
热。
此中,混凝土内部最高温度为45.9C,知足混凝土浇筑体在入模温度(26C)
基础上的温增值不宜大于50C;内外温差也控制在25C以内,知足规范要求;
由温度产生的劈裂抗拉应力安全系数也控制在规范同意范围以内。
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