沣河桥主墩承台水化热分析计算书

1、沣河桥主墩承台水化热分析计算书一、工程概况工程概况请自行补充二、水化热理论计算模型对该工程的大体积混凝土用有限元程序Midas进行分析，利用1/4对称模型和实体单元模拟混凝土的施工及养护过程。如只将地基支撑条件作为弹簧模拟则无法描叙混凝土传热给地基的情况，因此将地基也模拟为具有一定比热和热传导率的结构。模型如图2-1所示，上部为大体积承台，下面是3.5m厚地基。为更加精确地模拟出大体积混凝土水化过程中的散热情况，须将模型中承台下部分地基，与承台部分进行细化处理，将此两处的模型划分为更为细小的单元以提高水化热分析的精度。图2-1水化热分析计算模型(1/4承台)承台：21.8m×12.4

2、m×3.5m 地基：28.8m×19.4m×3.5m 三、计算参数1、承台与地基计算参数承台与地基参数请见下表位置特性位置特性基础地基比热kcal/m hr 0.250.2容重kN/m32518热导率kcal/kg 2.31.7对流系数kcal/m2 hr 外表面1212钢模12-外界温度（）10-浇筑温度()10-28天抗压强度MPa30-强度发展系数ACIa=0.45 b=0.95 -28天弹性模量kN/m23×1071×106热膨胀系数1×10-51×10-5泊松比0.180.2每立方水泥用量kg/m3307-热源函数

3、系数K=43.05 a=0.3559 -2、管冷参数冷却管采用管径为50mm，壁厚2.5mm钢管，其流量控制在1.2m3/h以上。冷却管分三层布置，其间距保持在一米（冷却管布置见设计图）。3、边界条件计算模型中，按以下4种温度边界条件处理：(1)第一类边界条件：混凝土表面温度是时间的已知函数。承台的顶面、地基-的底面及地基的外侧面采用此类边界条件。地基的底面和侧面温度为土壤恒定温度。(2)第二类边界条件：混凝土表面的热流量是时间的已知函数，若表面是绝热的，则为绝热边界条件。在l4承台模型的对称面上采用此类边界条件。承台的混凝土热源、冷却水管及养护等关于中心线基本对称，故在对称面上没有热量传递，

4、为绝热边界条件。(3)第三类边界条件：当混凝土与空气接触时，假定经过混凝土表面的热流量与混凝土表面温度丁与气温T。之差成正比，即-kTN=T-Ta 式中：k为导热系数kJ(m·h·)；为表面放热系数(kJ(m。-h·)；n为表面外法线方向。在承台的外侧面和地基与空气接触的顶面采用第三类边界条件。承台的外侧面和地基与空气接触的顶面考虑到不同的对流情况，取为不同的对流系数。 (4)第四类边界条件：当两种不同的固体接触时，如果接触良好。则在接触面上温度和热流量都是连续的，边界条件为：T1=T2,k1T1T2=k2T2n式中：T1、T2分别为两种不同固体接触面上的温度；k

5、1、k2分别为两种不同固体的导热系数。在承台与地基接触面上采用第四类边界条件。本模型中没有考虑桩基在热传递中的作用，把地基也模拟为具有一定比热和热传导率的结构，地基与承台接触良好，在接触面上温度和流量都是连续的。四、计算分析本计算书按照不设冷却管和设置冷却管两种情况对砼温度及应力进行分析。（一）不设置冷却管1、温度分析第10小时混凝土内部温度分布见图3-1-1所示，忽略地基温度变化此时承台的最高温度为15.94，最低温度为12.54，最大温差为3.4。图3-1-1混凝土浇筑后10小时水化热散热情况第20小时混凝土内部温度分布见图3-1-2所示，忽略地基温度变化此时的最高温度为21.07，最低温

6、度为11.9，最大温差为9.2。图3-1-2混凝土浇筑后20小时水化热散热情况在混凝土养护过程中混凝土水化热最大值发生在170小时，其内部温度分布见图3-1-3所示，忽略地基温度变化此时的最高温度为47.16，最低温度为10.37，最大温差为36.79。超出设计规范要求。如果砼表面保温措施不到位的情况下，很容易产生裂缝。图3-1-3混凝土浇筑后170小时水化热散热情况在混凝土内部温度较高点温度发展变化曲线如图3-1-4所示。从图中可以看出，混凝土刚浇筑的一段时间内温度上升很快，在第8天达到最大值。图3-1-4混凝土内部较高温度点温度变化曲线在混凝土边缘温度较低点温度发展变化曲线如图3-1-5所

7、示。从图中可以看出，混凝土刚浇筑的一段时间内温度上升很快，10h达到最大值，然后开始降温，由于温度较低点位于混凝土表面，且外界温度较低，降温较快。因此砼表面必须覆盖保温。图3-1-5在混凝土边缘温度较低点温度发展变化曲线图通过调整各种计算参数综合软件分析结果可以得知，不布置冷却管时，温差较大容易产生裂缝。2、应力计算分析水化热应力分析中强度发展公式采用ACI规法公式，如下所示。式中，对应于t龄期时的混凝土强度t混凝土龄期混凝土28天立方体抗压强度a、b水泥种类系数，取a=4.5，b=0.95第20小时混凝土内部应力分布见图3-1-6所示，此时的最大拉应力为0.59MPa ，最大压应力为0.44

8、MPa 。图3-1-6混凝土内部应力分布图第20小时混凝土容许应力分布见图3-1-7所示，此时的最大容许拉应力为1.15MPa>0.59MPa混凝土不会出现裂缝。图3-1-7第20小时混凝土容许应力图第170小时混凝土水化热最大时期应力分布如图3-1-8所示此时最大张拉应力为3.89MPa（出现在砼表面）图3-1-8第170小时混凝土水化热应力分布图第170小时混凝土水化热最大时期容许应力分布如图3-1-9所示此时最大容许张拉应力为2.71MPa<3.89MPa（产生裂缝）图3-1-9第170小时混凝土容许应力分布图在混凝土边缘应力最大点应力及其容许拉应力发展变化曲线如图3-1-1

9、0所示。从图中可以看出，红线在绿线上方的时段，证明混凝土的温度应力大于混凝土的允许抗拉强度值。该点位于混凝土表面，由于环境温度较低，造成混凝土表面与内部温差较大，产生裂缝，如果采取措施，对砼表面进行保温处理，减小温差，可以避免产生裂缝。具体情况要根据保温材料的热工参数另行计算。图3-1-10混凝土拉应力及容许拉应力发展曲线（二）设置冷却管冷却管水温采用15，流量1.2m3/h1、温度分析第10小时混凝土内部温度分布见图3-2-1所示，忽略地基温度变化此时承台的最高温度为19.95，最低温度为14.47，最大温差为5.48。由于计算时将冷却水温定在15，砼入模温度设置为10，砼最高温出现在冷却管

10、附近。图3-2-1混凝土浇筑后10小时水化热散热情况第20小时混凝土内部温度分布见图3-2-2所示，忽略地基温度变化此时的最高温度为21.66，最低温度为14.05，最大温差为7.61。图3-1-2混凝土浇筑后20小时水化热散热情况设置冷却管以后，在混凝土养护过程中混凝土水化热最大值发生在100小时，其内部温度分布见图3-2-3所示，忽略地基温度变化此时的最高温度为32.44，最低温度为12.91，最大温差为19.58。图3-2-3混凝土浇筑后100小时水化热散热情况在混凝土内部温度较高点温度发展变化曲线如图3-2-4所示。从图中可以看出，混凝土刚浇筑的一段时间内温度上升很快，在第5天达到最大

11、值。图3-2-4混凝土内部较高温度点温度变化曲线在混凝土边缘温度较低点温度发展变化曲线如图3-2-5所示。从图中可以看出，混凝土刚浇筑的一段时间内温度上升很快，10h达到最大值，然后开始降温，由于温度较低点位于混凝土表面，且外界温度较低，降温较快。因此砼表面必须覆盖保温。图3-2-5在混凝土边缘温度较低点温度发展变化曲线图通过调整各种计算参数综合软件分析结果可以得知，布置冷却管时，砼最大温差为19.58，发生100h，未超出规范要求。2、应力计算分析水化热应力分析中强度发展公式采用ACI规法公式，如下所示。式中，对应于t龄期时的混凝土强度t混凝土龄期混凝土28天立方体抗压强度a、b水泥种类系数

12、，取a=4.5，b=0.95第20小时混凝土内部应力分布见图3-2-6所示，此时的最大拉应力为0.57MPa ，最大压应力为0.46MPa 。图3-2-6混凝土内部应力分布图第20小时混凝土容许应力分布见图3-2-7所示，此时的最大容许拉应力为1.17MPa>0.57MPa混凝土不会出现裂缝。图3-1-7第20小时混凝土容许应力图第100小时混凝土水化热最大时期应力分布如图3-2-8所示此时最大张拉应力为1.75MPa图3-2-8第100小时混凝土水化热应力分布图第100小时混凝土水化热最大时期容许应力分布如图3-2-9所示此时最大容许张拉应力为2.31MPa>1.75MPa混凝土不会出现裂缝。图3-