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大体积混凝土温度应力场变化分析谭广柱;刘书贤;张弛;麻风海【摘要】大体积混凝土水泥水化放热产生的大量热量,由于边界条件的存在和限制,温度场和应力场的存在非常容易破坏混凝土,所以大体积混凝土温度场和应力场是其施工质量的关键因素.通过对大体积混凝土温度场和应力场的现场测试,基于现场实际的测量方案,建立正确的数值分析计算模型,根据大体积混凝土的现场力学性能非线性增长的特性,分析养护过程中大体积混凝土的温度应力场的分布、变化过程,通过对比现场测试和数值计算的结果分析可知:需要实时监测大体积混凝土的温度场和现场气象状况,采取合理的养护方案,保证水泥水化放热能够及时散出,为有效控制大体积混凝土灾害温度应力场的产生和温度裂缝提供理论支持,其结果可为类似的大体积混凝土工程提供借鉴参考.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2013(030)001【总页数】6页(P20-24,44)【关键词】大体积混凝土;温度场;温度应力;有限元;数值分析【作者】谭广柱;刘书贤;张弛;麻风海【作者单位】辽宁工程技术大学产业开发处,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新123000;本溪钢铁集团建设有限责任公司,辽宁本溪117000;大连大学建筑工程学院,辽宁大连116622【正文语种】中文【中图分类】TU352.1大体积混凝土的温度裂缝主要是由水泥水化热造成的，为了提高大体积混凝土结构的施工质量，必须控制大体积混凝土施工和养护过程中由于水泥水化放热所产生的温度变化和温度应力。
由于大体积混凝土结构体系自身的复杂性和所处环境的多样性，大体积混凝土的开裂问题必须考虑其养护过程中温度应力的影响[1～11]。
对于大体积混凝土温度应力场的研究分析，美国主要是利用有限元时间过程的分析方法，日本则主要是利用约束系数矩阵法；在法国和英国ABAQUS、ANSYS等有限元分析软件则应用比较广泛。
大体积箱梁混凝土施工期温度场仿真分析摘要：金塘大桥60m箱梁混凝土浇筑完成后由于水化作用下使得混凝土内外温度、梯度差等关键问题，介绍了混凝土浇筑后箱梁的温度场、应力场的变化情况及控制措施。
关键词：箱梁温度场应力场分析0 引言金塘大桥项目是舟山连岛工程重要的组成部分之一，由金塘大桥（主通航孔桥、东通航孔桥、西通航孔桥、非通航孔桥以及金塘侧引桥、浅水区引桥、镇海侧引桥）和金塘岛连接线组成，全长26.54km。
1 研究目的箱梁混凝土的浇筑是混凝土施工阶段的重要组成部分，浇筑质量的好坏直接影响到结构的受力性能。
影响混凝土浇筑质量的因素主要由以下几个方面：①水化反应产生的热量；②混凝土中各种材料力学性能、物理性能和化学性能的差异；③混凝土浇筑工艺。
箱梁大体积混凝土浇筑后产生较大是水化热。
混凝土的导热性较差，水化热在混凝土内部形成不均匀、非稳态温度场。
造成于内外温升不一致，形成较大的温度梯度，在内外混凝土相互约束作用下产生拉应力，当温度应力超过混凝土初期的抗拉强度时就会产生裂缝。
与此同时，随着热量不断向外散发，待混凝土达到最高温度后，混凝土温度逐渐下降，体积收缩，在约束条件下形成温度拉应力，也可能产生裂缝。
这些裂缝影响到结构的整体性和耐久性。
因此，在桥梁结构大体积混凝土施工过程中，准确预测混凝土内部温度场和应力场分布规律尤为重要。
2 研究的理论基础与内容混凝土温度场的计算按三维瞬态温度场来考虑，其不稳定温度场应满足以下热传导微分方程以及相应的初始条件和边界条件。
限于篇幅，此公式含义不做详细解释，请查看相关书籍水泥水化热水泥水化放热是水泥中的矿物与水发生化学反应后放出热量，由于混凝土是热的不良导体，所以在体内形成了不稳定的温度场。
3 有限元模型的建立选择三维温度单元solid70模拟浇筑的混凝土，定义相应的材料性能参数、导热系数、密度和比热，根据箱梁的实际施工情况，模拟实际对流和水化热生成情况。
设定混凝土浇筑为两种情况：①夏季施工，混凝土浇筑温度为30℃，外界温度28℃；②冬季施工，混凝土浇筑温度为6℃，外界温度5℃。
大体积混凝土温度应力分析摘要：施工中应以预防裂缝的发生为主。
掌握温度应力变化规律及混凝土裂缝的产生原因对于进行合理的结构设计和施工极为重要的。
在今后的工程施工中我们应多进行这方面的探讨研究，使混凝土结构工程更趋于合理、安全。
本文对大体积混凝土温度应力进行了探讨。
关键词：大体积；混凝土；温度应力；原因；措施随着我国社会主义市场经济蓬勃发展,城市建设不断朝着高建筑, 整体浇筑混凝土方向发展。
现在每年混凝土用量已达9亿立方米。
为满足结构功能需要, 大体积混凝土施工也越来越普遍, 如高层建筑地下室基础的底板、承台, 上部结构转换层等, 混凝土工程的施工质量总体水平不断提高。
但是与国民经济发展水平和国际先进水平相比, 我国建筑工程混凝土施工质量仍有较大差距, 特别是造成混凝土裂缝现象时有发生。
引起混凝土裂缝原因很多, 在大体积混凝土施工中, 温度应力是造成裂缝最常见的原因。
一、温度应力引起的原因1、自生应力没有任何边界上完全约束或静止的结构, 如果内部温度是非线形分布的, 由于结构本身互相约束而会出现温度应力。
例如桥梁墩身, 结构尺寸相对较大, 混凝土冷却时表面温度低, 内部温度高, 在表面出现拉应力, 在中间出现压应力。
2、约束应力结构的全部或部分边界受到外界的约束, 不能自由变形而引起的应力。
如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土在温度变化时的变形应力。
这两种温度应力往往和混凝土的干缩引起的应力共同作用。
二、温度应力的形成过程温度应力的形成过程可分为以下三阶段:1、早期自浇注混凝土开始至水泥放热基本结束, 一般为30d。
这个阶段具有两个特征, 一是水泥放出大量的水化热, 二是混凝土弹性模量的急剧变化, 这一时期在混凝土内部形成残余应力。
2、中期自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止, 这个时期中, 温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起, 这些应力与早期残余的应力相叠加, 在此期间混凝土的弹性模量变化不大。
大体积混凝土施工温度监测及其温度应力分析摘要: 大体积混凝土因自身水化热和环境温度的影响易产生温度裂缝。
监测大体积混凝土温度的变化是工程检测的重要工作。
通过试验室对混凝土施工前的温度的观测, 由温度结果分析得出适宜的施工工艺。
对调整施工工艺后的结构混凝土进行温度观测及温度应力分析,明显的降低了混凝土的温度及应力, 该工程中大体积混凝土温度符合工程的要求和标准。
关键词: 大体积混凝土; 温度观测; 应力1 工程背景1.1 工程简介广西省桂来高速公路黔江特大桥大型承台施工，为防止水化热和环境温度产生温度裂缝使钢筋锈蚀, 混凝土的碳化, 降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
本工程中从原材料、施工工艺和散热降温等方面采取相应的技术措施来保证大体积混凝土的实际温差在允许温差范围内, 从而有效控制温度应力的变化及温度裂缝的产生。
大体积混凝土浇筑最高温度不宜超过80 ℃; 大体积混凝土表面和内部温差控制在设计要求的范围内, 温差不宜超过25 ℃。
本工程通过试验室对混凝土温度的变化进行监控和观测, 由温度变化结果分析得出适宜的施工工艺, 以确保结构混凝土施工的质量。
根据广西省桂来高速公路黔江特大桥大型承台设计要求, 混凝土的浇筑入模温度不得超过32℃。
在混凝土养护期间, 内部最高温度不得高于85 ℃( 施工环境温度较高) , 混凝土内任何相邻1m 的两点温度差值不能大于25℃。
承台的结构尺寸长25.3 m,宽为8.62 m, 高度为5 m 的钢筋混凝土结构。
水泥采用强度增长较为缓慢且水化放热量低的P·O42.5级水泥, 3 d 抗压强度26 MPa, 28 d 抗压强度56 MPa; 7 d 水化热306 kJ/kg。
在混凝土中掺加部分粉煤灰, 可使混凝土内部温峰显著降低, 减少混凝土水化热, 有利于防止大体积混凝土开裂。
选用性能较好的I 级粉煤灰, 需水量比90%~92%, 烧失量1.6%~2.5%。
大体积混凝土温度应力仿真分析与反分析共3篇大体积混凝土温度应力仿真分析与反分析1混凝土温度应力仿真分析与反分析混凝土结构是一种广泛应用的建筑材料，在工程领域中具有众多的优点，如耐久性和可靠性等。
在混凝土结构的设计和施工过程中，由于温度变化和荷载变化等因素的影响，混凝土结构受到应力的影响，其出现裂缝和变形等问题，影响混凝土结构的性能和使用寿命。
因此，混凝土结构的温度应力仿真分析和反分析对优化混凝土结构的设计和预测其受力性能具有重要意义。
本文将就混凝土温度应力仿真分析和反分析展开探讨。
一、大体积混凝土温度应力仿真分析（一）混凝土的应力分析理论混凝土是典型的非线性材料，其力学性能具有不确定性和复杂性。
在混凝土力学分析中，存在一些理论模型，如弹性模型、弹塑性模型、非线性弹性模型和本构模型等。
其中，本构模型是混凝土的典型力学模型，它能够更加精确地描述混凝土的力学性能。
本构模型主要包括两类：弹塑性本构模型和本构方程模型。
前者适用于已知加载路径的情况下，针对该加载路径进行应力-应变关系的力学分析。
而后者主要是根据经验公式或试验数据直接计算出混凝土的应力-应变关系。
（二）混凝土温度应力分析混凝土结构受到温度变化和荷载变化等因素的影响，在裂缝和变形等问题时，其受力性能会发生改变。
其中，温度是混凝土结构中的重要因素之一，它对混凝土结构的动态特性、热应力和循环性能等方面均有着显著的影响。
在混凝土温度应力分析中，需要考虑以下几个因素：1. 混凝土的热膨胀系数：混凝土在受到高温影响时，热膨胀系数会发生变化，从而影响混凝土的受力性能。
2. 热应力：热应力是指由于温度差异所引起的不均匀热膨胀而产生的应力。
3. 温度变化：温度变化会影响混凝土的受力性能和损坏机理，温度变化越大，混凝土内部的应力也会越大。
（三）混凝土温度应力仿真软件目前，混凝土温度应力仿真软件引入了有限元分析和计算流体力学等技术，既可以针对整个混凝土结构进行温度应力仿真分析，也可以对混凝土结构的某一部分进行局部分析。
同时，仿真软件还提供了可视化的分析结果，方便工程师进行分析和评估。
常见的混凝土温度应力仿真软件有：ABAQUS、ANSYS、COMSOL Multiphysics等。
二、混凝土温度应力反分析混凝土温度应力反分析是一种优化混凝土结构的设计和预测其受力性能的方法。
它主要基于统计学和优化算法，通过结合实测温度数据和混凝土力学分析模型等，来推算混凝土结构的实际应力状态。
（一）混凝土温度应力反分析流程1. 收集实测温度数据：首先需要对混凝土结构进行实测，记录温度数据，并建立相应的数据集。
2. 建立混凝土力学分析模型：根据混凝土材料性能参数，建立混凝土温度应力分析模型。
3. 建立统计学模型：利用混凝土力学分析模型和实测温度数据，建立混凝土温度应力反分析的统计学模型。
4. 优化算法求解：采用最优化算法，如遗传算法和模拟退火算法等，来求解反分析模型中的参数，并得出混凝土结构的实际应力状态。
（二）混凝土温度应力反分析方法1.随机有限元法（SFEA）SFEA方法是一种基于有限元分析的随机模拟方法，可以对温度应力反分析进行高效、准确的求解。
该方法可以将不确定性和随机变量纳入模型中，并基于随机模型来推算混凝土结构的实际应力状态。
2.贝叶斯网络方法贝叶斯网络方法是一种基于概率图模型的数据分析方法，可以用于根据已有数据来构建混凝土温度应力反分析模型。
该方法可以在不知道真实混凝土温度应力的情况下，利用数据模型来推算混凝土结构的实际应力状态。
（三）混凝土温度应力反分析的优点1.有效性：混凝土温度应力反分析方法可以以较低的成本获得混凝土结构的实际应力状态，从而优化混凝土结构的设计和预测其受力性能。
2.准确性：混凝土温度应力反分析方法可以将不确定性和随机变量纳入模型中，并基于随机模型来推算混凝土结构的实际应力状态，具有高准确性。
3.高效性：混凝土温度应力反分析方法可以利用电脑快速计算出混凝土结构的实际应力状态，同时也可以优化计算过程，提高计算效率。
总之，混凝土温度应力仿真分析和反分析是优化混凝土结构设计和预测其受力性能的有效方法。
混凝土温度应力仿真分析可以得出混凝土结构的动态特性、热应力和循环性能等方面的研究成果，而混凝土温度应力反分析则可以以较低的成本推算混凝土结构的实际应力状态，并优化混凝土结构的设计和预测其受力性能。
大体积混凝土温度应力仿真分析与反分析2混凝土结构在施工和使用过程中，会有内部应力的产生，其中最显著的是由于温度差异引起的温度应力。
因此，对混凝土温度应力的分析与反分析非常重要，以确保混凝土结构的稳定性和安全性。
一、大体积混凝土温度应力仿真分析1. 建立数值模型对大体积混凝土的温度应力进行仿真分析，需要先建立一个准确的数值模型。
数值模型的建立包括几何形状的建模和物理参数的输入。
几何形状建模可以使用多种软件进行，例如Autodesk Revit和CSI ETABS。
物理参数的输入包括混凝土材料、钢筋和温度等参数。
2. 确定温度分布混凝土的温度分布是影响混凝土温度应力的关键因素。
在大体积混凝土中，温度分布的不均匀性可能更加明显，因此需要进行详细的温度分析。
可以使用数值模拟方法对温度分布进行预测，例如有限元法。
3. 计算温度应力温度应力的计算可以使用很多方法，其中有限元法是最常见的方法之一。
有限元法将混凝土结构划分成无数个小单元，然后根据材料力学性质和受力情况计算每个小单元中的应力，最终得到整个混凝土结构的应力分布。
在计算温度应力时，需要考虑混凝土的线膨胀系数和温度梯度等因素。
4. 评估结构安全通过对温度应力的计算，可以评估混凝土结构的安全性。
通常采用的方法是比较温度应力与混凝土的抗拉强度、裂缝强度和极限位移等参数，以确定结构是否满足要求。
二、混凝土温度应力反分析混凝土结构的温度应力不仅可以通过数值仿真预测，还可以通过实际测量数据进行反分析。
1. 温度测量温度测量是混凝土温度应力反分析的第一步。
测量温度需要使用专业的温度计和数据采集设备。
温度测量需要在混凝土结构施工和使用的各个阶段进行，以获取温度变化的全过程数据。
2. 应力测量混凝土结构的应力可以通过应变仪或拉力计等设备进行测量。
应力测量需要在混凝土结构受力状态稳定的情况下进行。
3. 数据处理通过温度和应力测量数据，可以计算出混凝土结构的温度应力。
数据处理需要使用专业软件进行，例如MATLAB和ANSYS等。
在温度应力反分析中，需要注意温度和应力测量数据的准确性和有效性。
4. 判断结构安全通过对温度应力进行反分析，可以判断混凝土结构的安全性。
需要进行比较温度应力与混凝土的抗拉强度、裂缝强度和极限位移等参数，以确定结构是否满足要求。
总之，混凝土温度应力的分析与反分析对于混凝土结构的稳定性和安全性至关重要。
准确的数值模拟和实际测量数据可以为分析提供有力的支持。
同时，温度应力的分析和反分析也需要注意数据的准确性和有效性，避免因数据错误导致结论不准确。
大体积混凝土温度应力仿真分析与反分析3混凝土温度应力是混凝土结构设计与施工中常见的一个问题，主要由于混凝土内部温度梯度引起的收缩和膨胀所引起。
混凝土温度应力对混凝土结构的长期稳定性和安全性有较大影响，因此，在混凝土结构设计和施工过程中必须考虑温度应力的影响。
现在，随着计算机技术和有限元分析方法的发展，利用计算机对混凝土的温度应力进行仿真分析和反分析已经成为一种可行的方法。
1.混凝土温度应力仿真分析混凝土温度应力的仿真分析通常采用有限元分析方法，按照一定的模拟条件、材料性质和外部荷载等输入数据，建立混凝土温度应力有限元模型，并进行仿真分析。
研究发现，混凝土的温度应力分析涉及到多个因素，如混凝土配合比、体积变形、热传导、材料的物理性质等，因此，建立复杂的有限元模型是必要的。
在建立混凝土温度应力有限元模型时，需要对混凝土的物理性质进行一定的测量和研究，包括混凝土的热膨胀系数、温度梯度等。
同时，根据混凝土的配合比和材料特性，确定混凝土的材料模型，如弹性模量、泊松比、柏松比等。
此外，还需要考虑混凝土与环境的热交换系数以及外部荷载等因素。
建立有限元模型后，需要采用一定的算法对温度应力进行计算，一般采用有限差分法、有限元法、边界元法等数值计算方法。
通过计算，可以得到混凝土温度应力的分布情况和变化规律，进而对混凝土结构的设计和施工提供一定的参考和指导。
2.混凝土温度应力反分析混凝土温度应力反分析是根据已知的混凝土结构的温度应力情况，推断混凝土的物理性质和材料模型的一种方法，也被称为反演分析或逆问题分析。
混凝土温度应力反分析方法主要包括基于试验数据的反演方法、基于数值计算的反演方法和综合反演方法等。
基于试验数据的反演方法是利用已知的混凝土样品的测试数据，将其与有限元模型计算得到的结果进行对比，逆推混凝土材料性质的方法。
基于数值计算的反演方法是利用有限元计算得到的混凝土温度应力分布情况，对其进行反演分析，确定混凝土的材料模型、物理参数等。
综合反演方法则是将试验数据和数值计算方法结合起来，利用反演分析的方法推断混凝土材料的性质和模型。
混凝土温度应力反分析是混凝土结构设计和施工中的一种重要方法，可以检验已有的设计方案和预测混凝土的长期性能，为混凝土结构的保养和维护提供一定的指导。
综上所述，混凝土温度应力仿真分析和反分析是混凝土结构设计和施工中的重要工作，可以为设计和施工提供一定的参考和指导。
随着计算机技术和有限元计算方法的发展，混凝土温度应力的仿真分析和反分析将会得到更广泛的应用。
