下载文档原格式
大体积混凝土施工期温度场仿真分析研究大体积混凝土施工期温度场仿真分析研究摘要：本文以某大型混凝土工程为例，利用有限元方法，对施工期间的温度场进行了深入研究和仿真分析。
通过对大体积混凝土工程温度场的模拟，研究了不同施工工序对温度分布的影响，并提出了相应的优化方案，为类似工程的施工提供了参考。
1. 引言大体积混凝土施工是现代建筑工程中的一项重要工艺，其特点是工程规模大、施工难度高、工期长等。
其中，温度变化对于混凝土的性能和安全性具有重要影响，因此，深入研究大体积混凝土施工期的温度场变化规律对于保障工程质量具有重要意义。
2. 温度场仿真建模在进行大体积混凝土施工期温度场仿真前，首先需要建立合理的模型来描述混凝土施工过程中的温度变化。
本文利用有限元方法，对大体积混凝土的温度场进行建模和仿真。
具体步骤如下：- 建立施工期内混凝土的几何模型，包括结构的整体形状和尺寸。
- 确定混凝土的热学参数，如导热系数、比热容等。
- 划分网格，将模型离散化为有限个单元，并对每个单元进行参数设置。
- 建立温度场的数学模型，利用有限元方法进行求解。
- 根据不同施工工序的时间和温度变化规律，设置相应的边界条件。
- 进行温度场的仿真计算，得出施工期间混凝土的温度分布。
3. 温度场的影响因素在大体积混凝土的施工过程中，温度场受到多种因素的影响，主要包括施工工序、环境温度、季节变化等。
根据不同的影响因素，本文将温度场分为以下几个方面进行研究。
3.1 施工工序对温度场的影响混凝土施工过程中，不同的工序会产生不同的温度变化规律。
本文以浇筑、养护等常见工序为例，研究了它们对温度场的影响。
通过温度场的仿真分析，得出了不同工序下的温度变化趋势，并提出了温度控制的优化方案。
3.2 环境温度对温度场的影响环境温度是施工期温度场的重要外部因素。
本文通过设置不同的环境温度条件，对温度场的仿真进行了分析。
结果表明，环境温度的升高会导致施工期间温度场的上升，需要采取相应的降温措施。
大体积混凝土温度场分析及控温措施摘要：近年来，大体积混凝土结构应用日渐广泛。
但由于大体积混凝土结构自身的特性导致其出现裂缝的可能性相对于普通混凝土结构要大，而混凝土内部温度场又是导致裂缝产生的重要因素，因此通过对大体积混凝土温度场理论和有限元分析两方面进行分析，结合工程实践中的温度场的实测值，总结出大体积混凝土内部温度场及内外温差的变化规律，并以此为基础提出了可行的控温措施，以期为同类型工程的大体积混凝土温度控制以及裂缝控制值实践提供了参考。
关键词：大体积混凝土；控温措施；温度场；温度场理论；有限元分析；温度控制1大体积混凝土温度场及控温措施的研究意义近年来，应用于建筑工程上的大体积混凝土结构越来越多，该类结构由于产生的水化热和混凝土与空气的热对流作用使混凝土内部与表面产生温差，形成随龄期变化的温度场。
[1]大体积混凝土在硬结过程中，因水泥水化影响下，其内部会产生大量水化热，导致其内部温度升高。
因混凝土本身导热性较差，且体积较大，散热性不足，导致在混凝土内部其温度较高。
在温度影响下，大体积混凝土内部温度增加出现膨胀，表面温度较低，其膨胀率较小，则会在其内部出现压应力，在其表面出现拉应力，当混凝土表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，则会出现混凝土裂缝。
因此大体积混凝土内部温度场及控温措施的研究对于混凝土裂缝控制有着十分重要的意义。
2大体积混凝土温度场理论分析2.1大体积混凝土温度场大体积混凝土温度场指的是在某一时间内混凝土结构内部与表面各点所表现出的温度状态。
在大体积混凝土施工中，因混凝土内部水化热较大，且导热性不足，则容易引起混凝土内外温差较大，导致其温度裂缝产生。
进行混凝土温度场研究，需要进行混凝土温度场计算，即求解热传导方程。
取一微单元 dxdydz 作为研究对象。
2.2 初始条件及边界条件在热传导方程中，主要表现的是混凝土温度、时间与空间三者的关系，能够满足热传导的解是无限的，为此应确定其初始条件及边界条件以确定温度场。
大体积混凝土温度控制技术研究一、引言大体积混凝土在现代建筑工程中应用广泛，如大型桥梁的基础、高层建筑物的地下室底板等。
由于其体积大，水泥水化热释放集中，内部温度升高快，若不采取有效的温度控制措施，容易产生温度裂缝，影响结构的安全性和耐久性。
因此，大体积混凝土的温度控制技术成为了工程建设中一个至关重要的研究课题。
二、大体积混凝土温度裂缝产生的原因（一）水泥水化热水泥在水化过程中会释放出大量的热量，对于大体积混凝土而言，由于其结构厚实，热量不易散发，导致内部温度迅速上升。
（二）混凝土的收缩混凝土在硬化过程中会发生收缩，当收缩受到约束时，就会产生拉应力。
如果拉应力超过混凝土的抗拉强度，就会出现裂缝。
（三）外界气温变化大体积混凝土在施工期间，外界气温的变化对其温度场有显著影响。
特别是在混凝土浇筑初期，表面温度受气温变化的影响较大。
（四）约束条件基础对混凝土的约束、结构内部钢筋对混凝土的约束等，都会限制混凝土的自由变形，从而产生温度应力。
三、大体积混凝土温度控制的基本原则（一）控制混凝土内外温差尽量减小混凝土内部与表面、表面与环境之间的温差，一般要求温差不超过 25℃。
（二）降低混凝土的降温速率缓慢降温可以使混凝土有足够的时间释放应力，减少裂缝的产生。
（三）提高混凝土的抗拉强度通过合理的配合比设计和养护措施，提高混凝土的抗拉强度，增强其抗裂能力。
四、大体积混凝土温度控制的技术措施（一）原材料的选择1、水泥优先选用低热水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，以减少水泥水化热的产生。
2、骨料选用级配良好、粒径较大的骨料，不仅可以减少水泥用量，还能降低混凝土的收缩。
3、外加剂添加缓凝剂可以延长混凝土的凝结时间，使水泥水化热的释放更加平缓；添加减水剂可以减少用水量，降低水泥用量，从而减少水化热。
（二）配合比设计通过优化配合比，在保证混凝土强度和工作性能的前提下，尽量减少水泥用量，增加粉煤灰、矿渣粉等掺合料的用量，降低混凝土的绝热温升。
大体积混凝土温度计算公式大体积混凝土温度计算公式一、引言大体积混凝土在施工过程中，其温度变化会对混凝土的性能产生重要影响。
因此，准确计算混凝土温度是保证混凝土质量和工程安全的重要一环。
本文将详细介绍大体积混凝土温度的计算公式及相关细化内容。
二、温度的影响因素混凝土温度受多种因素的综合影响，包括外界环境温度、混凝土初始温度、混凝土配合比、施工时间等。
在计算大体积混凝土温度时，需要综合考虑这些因素，以得出准确的结果。
三、大体积混凝土温度计算公式针对大体积混凝土温度的计算，常用的公式有以下几种：1. 温度场分布公式温度场分布公式可以用来计算混凝土在不同位置的温度分布情况。
其中，温度场分布公式的具体形式与混凝土结构的形状以及施工方式有关。
常用的温度场分布公式包括线性分布、二次分布等。
2. 温度梯度计算公式温度梯度是指混凝土中不同位置的温度差异。
温度梯度计算公式可以通过考虑混凝土材料的导热性以及各种因素的影响，来计算混凝土中各点的温度梯度。
3. 温度升高率计算公式温度升高率是指混凝土温度随时间变化的速率。
温度升高率计算公式可以考虑混凝土自身的物理特性以及外界环境因素，来得出混凝土温度的变化规律。
四、温度计算模型针对大体积混凝土温度的计算，常用的模型有以下几种：1. 欧拉模型欧拉模型是一种基于传热理论的混凝土温度计算模型。
该模型通过对混凝土内部的温度分布进行求解，来得到混凝土的温度变化规律。
2. 有限元模型有限元模型是一种以离散化方法为基础的温度计算模型。
通过将混凝土划分为多个小单元，并对每一个小单元进行温度计算，最终得到整体的温度分布情况。
3. 统计学模型统计学模型是一种通过对实际温度数据的统计分析来得到混凝土温度的模型。
该模型考虑了混凝土温度的随机性和不确定性，可以提供更加真实和可靠的温度计算结果。
五、附件本所涉及的附件如下：1. 温度场分布图表2. 温度梯度计算表格3. 温度升高率计算表格4. 温度计算模型示意图5. 温度计算模型原始数据六、法律名词及注释本所涉及的法律名词及其注释如下：1. 混凝土：指由水泥、石子、砂等材料经过搅拌、浇注成型后经过固化而成的一种建造材料。
大体积混凝土温度场分析聂凤玲（甘肃建筑职业技术学院）摘要：本文以某大厦筏基为背景，利用大型通用有限元软件ANSYS对其分层浇筑施工过程温度变化进行模拟，得到温度变化曲线；针对该实际工程提出了一些降低大体积混凝土内部温度的措施，在实际工程中取得了较好的效果关键词：大体积混凝土、温度裂缝、措施随着现代社会的高速发展，各种大型建筑的频繁建设不断涌现，如大型桥梁、大型水坝等，给人们的日常生活带来了许多方便，因此，这些大型建筑建设质量的优劣就显得相当重要。
由于大型建筑的结构特殊，施工技术难度大，却较易引发许多影响使用安全的质量隐患，如施工裂缝、受力变形等，特别是大体积混凝土结构物，施工裂缝问题尤为突出。
因此，解决大型建筑存在的施工问题成了质量控制的当务之急。
下面，让我们一起来探讨大体积混凝土施工裂缝的质量控制。
何谓大体积混凝土？有关规范、学著均作了明确的规定，基本一致认为:结构物最小断面尺寸达到80cm 以上、由水化热所引起的混凝土内最高温度与外界环境气温之差超过25℃时的混凝土，均称为大体积混凝土。
大体积混凝土较其他一般钢筋砼相比，有着以下特征：结构较为笨重厚实、施工技术要求高、混凝土量大等特点。
由于其独特的施工特性，使其在建设和使用的过程中，均会出现不同程度的施工裂缝，严重地影响着工程质量的使用。
那么，究竟这些施工裂缝是如何产生的？结合一些工程经验，根据裂缝产生的原因对大体积混凝土裂缝的类型作了如下归类：温差裂缝、收缩裂缝以及安定性裂缝。
其中，温度裂缝是大体积混凝土结构物中较为普遍的一种，也是最为常见的一种裂缝。
笔者以某大厦基础筏板为背景，利用ANSYS对其浇筑过程混凝土内部温度进行模拟计算，找出大体积混凝土浇筑过程中混凝土内部温度变化规律。
1.工程背景某建筑物为综合性建筑，地上35层，地下2层，建筑面积约21000平方米左右，建筑总高度152.30m(室外地坪至机房顶平面)，主要使用功能为银行营业大厅及办公用房。
本工程采用框剪－钢混结构，结构安全等级为二级，建筑设计基准期为100年。
基础底板厚2600mm，混凝土强度为C50，抗渗等级为S10，筏基按照分层浇筑。
2.温度裂缝温度裂缝其主要产生原因为混凝土在凝结初期即水化反应期间，水泥释放出大量的水化热，由于结构本身体积大，累积在内部的水化热不易散发，致使内部温度在一定的时间内不断上升，而结构表面的热量则散发较快，因而造成结构内外温差较大，在表面产生拉应力，当温差产生的拉应力大于混凝土的极限抗拉应力时，便会在结构表面出现温度裂缝。
混凝土内部最高温度是造成混凝土裂缝的关键因素。
混凝土内部最高绝热升温值为：502211AC F C Q W Q W T ++=ρ （1） 其中，Q1为水泥的水化热，Q2为JEA 的水化热，W1为水泥用量，W2为JEA 用量，C 为混凝土比热，ρ为混凝土密度，FA 为混合材用量(粉煤灰的掺量)。
进一步求得混凝土中心最高温度[2]为：ξC j T T T +=max （2）其中，Tj 为混凝土浇筑时的温度，取20℃，ξ为不同浇筑厚度、不同龄期时的降温系数。
为了更好控制混凝土内外温差，需求出混凝土的绝热升温曲线。
混凝土的绝热温升曲线最好由实验测定，在缺乏直接测定的资料时，也可根据水泥水化热估算。
本文中，笔者尝试了利用实测值对经验公式参数进行修正，使得理论值与实测结果更加吻合。
混凝土绝热升温经验公式为：ρττθC KF W Q /))(()(+= （3）式中：W 为水泥用量，C 为混凝土比热，ρ混凝土密度，Q(τ)为龄期水泥水化热，K 为折减系数，对于粉煤灰，可取0.25。
水泥的水化热是依赖于龄期，笔者分别用将水泥水化热的指数式和复合指数式表达式代入(2)式，获得两组理论结果。
在此基础再根据现场的混凝土测温记录比较哪种方法更符合实际情况。
其中 指数式：)1()(0ττm e Q Q --= （4）复合指数式：)1()(0bt a e Q Q ττ-= （5）其中，Q(τ)为在龄期τ时积累水化热，kJ/kg ；Q0为τ→∞时的最终水化热；τ为龄期；m 为常数,随水泥品种、比表面及浇筑温度不同而不同，根据某些实验资料，常数m 取值范围在0.3～0.5之间；a 、b 为常数，根据文献，a=0.36，b=0.74。
根据实验结果与经验公式对比可知，经验公式能够求出混凝土最高积温值，其中，指数式与实测结果更接近。
但是经验公式存在的不足是：①没有考虑实际工程中热量散失情况。
②由于受多种因素影响，目前尚未得到合理参数，导致温度的计算峰值比实测结果有明显滞后。
针对上述不足，在实际工程中需要加强现场温度监控力度，特别注意温度峰值出现的时间。
为了控制混凝土中心与表面的温差以及混凝土表面与环境温度的温差，需预测混凝土最高温升时和各龄期在保温材料覆盖下的表面温度。
通常，表面最高温度计算[5]为：)()(4)('2ττT h H HT T q b ∆-+= （6） 式中：Tb(τ)为龄期τ时混凝土的表面温度；Tq 为龄期τ时大气的平均温度，取20℃；H 为混凝土的计算厚度；h 为混凝土的实际厚度；h ′为混凝土的虚厚度；ΔT(τ)为龄期τ时，混凝土内部最高温度与外界气温之差，q T T T -=∆max )(τ。
βλ∙=K h ' （7） 式中：K 为计算折减系数，取0.666；λ为混凝土的导热系数，取2.33；β为混凝土模板及保温层的传热系数∑+=qiiS βλβ11（8）式中：Si 为各种保温材料的厚度(m)；λi 为各种保温材料的导热系数(W/m ·k)；βq 为空气层传热系数，可取23W/m2·k ；随着混凝土龄期的发展,混凝土中心温度不断下降，两个温差将进一步减小。
有效预测混凝土内部温度与深度的关系是建立优化混凝土内部降温措施的前提条件，混凝土内部温度与深度关系计算[5]为：)()(4)(2ττT x H x HT T q b ∆-+= （9）3.计算结果通过计算，可以得到每天混凝土内部每天最高温度，最后绘制得到的曲线如图2所示。
从图中可以看出，温度整体成上升趋势，而且当混凝土层数浇筑的越多，上升的趋势越快；在休息的这两天温度上升趋势较慢。
由计算可知，在整个施工过程中，混凝土内部的温度都较高，必须采取相应的措施来降低内部温度。
图2 最高温度变化曲线4.施工中采用的措施1)在原材料方面进行控制,主要是对水泥、粗骨料及外加剂的控制(1)宜采用降低水泥用量的方法来降低混凝土内部的水化温度，使混凝土强度在形成初期的结构内外温差的控制难度降低，在保证混凝土设计强度的情况下，应尽可能地降低水泥用量。
另外，对于水泥品种，应优先采用水化热较低的矿渣水泥，并应进行水化热测定，水泥水化热测定须按照现行国家行业标准的有关方法进行,要求所用水泥在浇筑成型后7天强度的水化热不大于250t O ／kg 。
(2)对于粗骨料,宜采用改善的骨料级配，夏天温度较高进行施工时，在拌制混凝土前宜浇水将碎石湿润冷却，以降低混凝土的浇筑温度。
(3)在混凝土拌制过程中，掺加一定类型的外加剂，改善混凝土施工性能，可提高抗裂性能。
2)在结构设计时对配筋进行优化在钢筋混凝土中，在混凝土浇筑时，内部过高的水化温度，往往在混凝土内部会产起较大的拉应力。
有时温度应力可超过其他外荷载所引起的应力，根据温度应力变化规律，在进行结构设计时对结构的配筋应予以优化。
当所配的钢筋直径细而密时，对提高混凝土抗裂性有较好的效果。
3)在施工工艺方面进行控制(1)在气温较高浇筑混凝土时，应严格控制分层浇筑厚度,以利用浇筑层面进行散热。
(2)根据各地气候、不同施工季节制定合理的拆模时间，及时对结构表面进行覆盖保温,避免表面发生急剧的温度梯度,特别是施工中长期暴露的混凝土表面或薄壁结构,在寒冷季节应采取保温措施,防止表面裂缝。
(3)合理地对结构进行分缝分块; 避免基础过大起伏。
5.结束语大体积混凝土结构施工中,由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化,由此而产生的温度应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。
本文针对工程实例,对大体积混凝土浇筑时温度变化进行了模拟计算,利用混凝土绝热升温公式准确求得混凝土最高温度,使用混凝土内部温度与深度关系公式求得了内部各点温度分布,在此基础上建立了一套有效的温控措施,避免裂缝出现,保证了施工质量。
大体积混凝土浇筑后采取保温覆盖潮湿养护,对减小混凝土的内外温差和表面急剧热扩散防止混凝土因温差过大引起的温度收缩应力导致出现有害裂缝具有重要作用。
同时,由于缓慢降温,延长养护时间,可充分发挥混凝土的应力松弛效应,对提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸能力也具有重要意义。
参考文献：[1]朱伯芳.大体积混凝土的温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999.[2]现行建筑施工规范大全[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.[3]邵世明.筏板基础大体积混凝土温度控制与现场监测[J].淮南职业技术学院学报,2005,5(1):21-24. [4]彭立海.大体积混凝土温控与防裂[M].郑州:黄河水利出版社,2005.[5]叶琳昌.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1987.Mass concrete temperature field analysisNie Feng Ling(Gansu constructs professional technical institute,Gansu Lanzhou 730030) Abstract: This article take some building raft foundation as the background, use large-scale general finite element software ANSYScarries on the simulation to its lamination construction construction process temperature change, obtains the temperature variation curve; Proposed in view of this actual project some reduce the mass concrete interior temperature the measure, has obtained the good effect in the actual projectKey word: Mass concrete, temperature crack, measure。
