大体积混凝土浇筑过程中的温度场应力场分析第五章2.docx

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大体积混凝土浇筑过程中的温度场应力场分析第五章2

5.4桥墩温度场仿真分析

本文利用ANSYS软件对桥墩（桥墩尺寸24m×18m×30m,承台尺寸30m×24m×8m）的浇筑过程进行了仿真分析。

浇筑过程采用分层浇筑方式。

分层浇筑过程中，将桥墩分成十层浇筑，工期为三十天，每层三米，每三天浇筑一层。

图5-2为桥墩浇筑完成时的整体温度场图像，从图中可以看出，此时第一到第八层得混凝土温度为18℃～22℃之间，说明此时已经浇筑的混凝土温度已经稳定，水化热的影响不会再对模型的温度产生决定性的影响。

从图中的温度分布可以看出，温度在角点处降低的最快，每层的边界随角点温度逐渐降低。

在层与层的连接处，受温度下层受上层水化温升的影响温度有所上升。

图5-3清晰的显示了第十层混凝土的温度场分布。

新浇筑层的温度变化较大，从地面的26℃到顶面的33℃。

对比图5-2和图5-4可以发现第十层混凝土从浇筑到工期完成时的过程中，第九层温度并未受到第十层水化温升的影响，在浇筑六天后温度明显降低，说明分层浇筑有利于混凝土水化热的释放。

图5-2桥墩浇筑第30天时温度场分布

Figure5-2Temperaturedistributioninthefirst30daysofthepierspouring

图5-3桥墩浇筑30天时等温线分布图

Figure5-3Isothermdistributioninthefirst30daysofthepierspouring

图5-4桥墩浇筑第28天时的温度场分布

Figure5-4Temperaturedistributioninthefirst28daysofthepierspouring

下面以桥墩浇筑第二层（即6米）为例对桥墩浇筑过程中的温度变化进行分析。

图5-5为浇筑六米高的桥墩第二天时温度场分析。

混凝土入模时的温度为23.6℃，随着水泥水化热的释放，第二天时混凝土的表面最高温度达到了35℃。

图5-6说明第七天时混凝土表面最高温度为34℃，但边界处的温度已经下降到21℃。

图5-5桥墩浇筑六米第二天时温度分布图

Figure5-5Temperaturedistributiononthenextdayofthepierbeingsixmeters

图5-6桥墩浇筑六米高第二天时温度等值线图

Figure5-6Isothermdistributiononthenextdayofthepierbeingsixmeters

图5-7桥墩浇筑六米高后第六天的温度分布

Figure5-7Temperaturedistributionthesixthdayafterthepiersbeingsix-meter

图5-8桥墩浇筑六米高后第六天温度等值线图

Figure5-8Isothermdistributionthesixthdayafterthepiersbeingsix-meter

以（0,4.5,9）点为起点（24，4.5,9）点为终点取路径，第二层浇筑第一天时的温度路径图如图5-9图所示。

曲线较曲折，温度变化幅度较大但不难发现这个混凝土的温度为29.1℃～30.5℃之间，且混凝土的外部温度低，内部温度高，里表温差1.5℃。

混凝土的入模温度为23.6℃，说明浇筑第一天水化热开始释放，整个模型处于升温状态，升温值为6℃。

随着水化热的不断释放，第二天时的混凝土外部温度为38℃，外部温度为34℃。

第三天时，混凝土层的温度在继续上升，外部温度为36℃，内部温度为41℃。

而到了第四天时，混凝土的温度有所下降，外部温度为

自2009年10月1日起实施的《大体积混凝土施工规范》（以下简称《规范》）第三章3.0.4规定：

混凝土温升在入模时的基础上不宜大于50℃，里表温差不宜大于25℃,混凝土筑体的表面和大气温差不宜大于20℃。

从第二天到第三天的温度路径图可以看出，桥墩的里表最大温差为6℃，符合各项规定。

第三天时的桥墩中心温度为41℃，但边界温度为36℃。

由此可见，在整个浇筑过程中，混凝土外部温度和内部温度有明显差异，随着混凝土外壳的逐渐冷却凝固，这种温差会导致混凝土预应力的出现，有可能是混凝土内部产生裂纹，正因为如此，《规范》第五章5.1.2规定：

大体积混凝土工程的施工宜采用整体分层浇筑施工或是连续浇筑施工。

这样施工有利于混凝土水化热的释放，保证的里表温差不会大于规定值，防止混凝土温度应力和裂缝的产生。

图5-9桥墩浇筑六米后第一天温度路径图

Figure5-9Temperaturepathgraphonthedayafterthepierbeingsixmeters

图5-10桥墩浇筑六米后第二天温度路径图

Figure5-10Temperaturepathgraphontheseconddayafterthepierbeingsixmeters

图5-11桥墩浇筑六米后第三天温度路径图

Figure5-11Temperaturepathgraphonthethirddayafterthepierbeingsixmeters

图5-12桥墩浇筑六米后第四天温度路径图

Figure5-12Temperaturepathgraphontheforthdayafterthepierbeingsixmeters

图5-13桥墩浇筑六米后第十天温度路径图

Figure5-13Temperaturepathgraphonthetenthdayafterthepierbeingsixmeters

路径图只能观察出路径上的结点的瞬时温度，无法读取一个点温度的变化。

因此，我们引入结点的时间历程图。

在上面的分析中可以看出，混凝土温度的变化主要集中在浇筑后的十天内，因此，在选择时间历程曲线时以混凝土浇筑后的十天为研究时间段。

在混凝土的表面和内部分别取结点进行结点时间历程图的分析。

如图5-14所示三个结点的位置，图5-15、5-16、5-17分别是1、2、3号结点（1号结点在2号结点正下方3米处，图中未标出）的温度时间历程曲线。

从图中可以看出，入模时混凝土温度为23.6℃。

位于桥墩玩表面的结点3温度在1～3天内出现上升趋势，而后震荡下降，最终在第十天接近于大气温度。

结点2的温度较结点3有明显的升高，1～3天内上升速率比结点3快，但在第4天后呈下降趋势。

《规范》规定：

混凝土筑体在入模温度基础上的温升不宜大于50℃，炎热天气浇筑混凝土时，宜采用遮盖、洒水、拌冰屑等降低混凝土原材料温度的措施，混凝土入模温度宜控制在30℃以下。

混凝土浇筑后，应及时进行保湿保温养护，条件许可，应避开高温时浇筑混凝土。

浇筑过程中，混凝土外部在浇筑后的第二天到第四天温度达到最高，外部的温度随着热辐射和对流的进行逐渐降低，尤其是模型的边界处，在浇筑后的第十天时已经和入模时温度相近。

这是因为靠近边缘的位置点浇筑时没有以前浇筑混凝土的水化热影响，在相同对立系数的条件下，边界上水化热释放迅速。

从这个角度看来，后浇的混凝土的水化热温升总是比先浇的要高，直到先浇混凝土的温度达到一个稳定值为止。

相反，混凝土内部温度随着水化热的释放逐渐升高，第五天时已经达到40℃。

从升温速率上考虑，第一天时，1、2、3号结点的温度分别升高了6℃，4℃，4℃，2、3号结点的温升相同说明水化热的产热速率都是相同的，1号结点的温度上升的快是因为内部水化热无法像外界传递。

《规范》规定：

大体积混凝土浇筑体的表里温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃且应进行浇筑后的温度保湿养护，在每次混凝土浇筑完毕后，应保湿养护，且不得少于14d。

应经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整情况，保持混凝土表面湿润。

由于大体积混凝土内部热量传播困难，在接下来的五天内，内部温度一直保持在39℃以上。

浇筑后第十天时，内外温差为17℃，符合《规范》规定。

图5-14混凝土时间历程图所选取的各结点的位置

Figure5-14Locationofeachnodeselectedbytimehistorygraphofconcrete

图5-15桥墩1号结点温度时间历程图

Figure5-15Timehistorygraphofnode1’stemperature

图5-16桥墩2号结点温度时间历程图

Figure5-16Timehistorygraphofnode2’stemperature

图5-17桥墩3号结点温度时间历程图

Figure5-17Timehistorygraphofnode3’stemperature