midasGen-大体积混凝土水化热分析课案

课题背景及任务来源随着我国交通事业的迅速发展，大跨度桥梁大量出现，在桥梁中大体积混凝土承台、锚碇、塔等亦随之大量出现。

目前所生产的水泥放热速度较过去大为提高，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出，已成为普遍性的问题。

大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和约束作用，由此而产生的温差和温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响结构的整体性、防水性和耐久性，成为结构的隐患。

因此大体积混凝土在施工中必须考虑裂缝控制。

大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，涉及到结构、建筑材料、施工、环境等多方面因素，工程建设领域目前对桥梁中所使用的大体积混凝土的研究还不够深入、全面，相关的规范条文还不够完善，对很多工程实践中的问题只能依靠经验处理，缺乏适当的理论依据，这会造成许多不必要的人力、物力、财力的浪费，大体积混凝土施工质量控制的结果也不很理想。

在总结大体积混凝土温度裂缝产生的原因的基础上，本文结合邕江四线特大桥，以及对承台试块的模拟试验，研究分析了大体积混凝土内部温度场和温度应力变化的规律和工程中采用的温控措施的实际效果。

本文在大体积混凝土工程中所采用的温度监测和裂缝控制措施，为今后同类工程施工提供了有用信息，也为今后开展深入的理论研究提供了试验和理论参考依据。

组成结构通过midas来模拟大体积混凝土在水化热情况下温度与应力应变的变化，并且通过不加冷水管和加冷水管的情况下进行对比分析，并得出相应的结果。

功能与技术能够直观的看到混凝土内部在水化热的情况下温度随时间的变化，并且通过精确的数值进行分析。

从而使我们对水化热有进一步的认识，进而通过温度变化趋势分析混凝土可能会产生的裂缝的位置，从而提前做好防护措施，尽可能是裂缝降到最小。

成果的主要特点通过对大体积混凝土水化热的分析，我们能更加深入的了解混凝土内部温度度的变化情况，从而对混凝土浇筑﹑养护﹑防护提前做出应对措施。

尤其是咋此过程中温度对其裂缝的影响。

课题背景及任务来源随着我国交通事业的迅速发展，大跨度桥梁大量出现，在桥梁中大体积混凝土承台、锚碇、塔等亦随之大量出现。

目前所生产的水泥放热速度较过去大为提高，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出，已成为普遍性的问题。

大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和约束作用，由此而产生的温差和温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响结构的整体性、防水性和耐久性，成为结构的隐患。

因此大体积混凝土在施工中必须考虑裂缝控制。

大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，涉及到结构、建筑材料、施工、环境等多方面因素，工程建设领域目前对桥梁中所使用的大体积混凝土的研究还不够深入、全面，相关的规范条文还不够完善，对很多工程实践中的问题只能依靠经验处理，缺乏适当的理论依据，这会造成许多不必要的人力、物力、财力的浪费，大体积混凝土施工质量控制的结果也不很理想。

在总结大体积混凝土温度裂缝产生的原因的基础上，本文结合邕江四线特大桥，以及对承台试块的模拟试验，研究分析了大体积混凝土内部温度场和温度应力变化的规律和工程中采用的温控措施的实际效果。

本文在大体积混凝土工程中所采用的温度监测和裂缝控制措施，为今后同类工程施工提供了有用信息，也为今后开展深入的理论研究提供了试验和理论参考依据。

组成结构通过midas 来模拟大体积混凝土在水化热情况下温度与应力应变的变化，并且通过不加冷水管和加冷水管的情况下进行对比分析，并得出相应的结果。

功能与技术能够直观的看到混凝土内部在水化热的情况下温度随时间的变化，并且通过精确的数值进行分析。

从而使我们对水化热有进一步的认识，进而通过温度变化趋势分析混凝土可能会产生的裂缝的位置，从而提前做好防护措施，尽可能是裂缝降到最小。

成果的主要特点通过对大体积混凝土水化热的分析，我们能更加深入的了解混凝土内部温度度的变化情况，从而对混凝土浇筑、养护、防护提前做出应对措施。

尤其是咋此过程中温度对其裂缝的影响。

大体积混凝土水热化分析在施工中的运用3.珠海金港市政建设有限公司，广东珠海 519000）摘要：随部分城镇工业化的快速发展，工业液体废弃物处理越发重要。

工业污水通过池体底板裂缝逐渐腐蚀渗漏污染土体的质量事故时有发生，这跟底板混凝土浇筑质量和养护有着很重要的关系。

为更好的控制池体底板大体积混凝土浇筑和养护不当造成的开裂渗水问题，以珠海汇华工业污水处理二厂项目高密沉淀池及生化组合池池体底板浇筑养护为例，运用midas/gen混凝土水化热有限元分析功能，对该单体底板大体积混凝土进行水化热分析，以寻求最佳养护措施，降低底板渗漏质量事故发生风险。

关键词：水化热；土工布养护；大体积混凝土中图分类号：TU99文献标识码：B1 引言本文以珠海汇华工业污水处理二厂项目高密沉淀池及生化组合池池体底板浇筑养护为例。

该底板尺寸为118mx50mx1.5m，按后浇带划分为六个施工段，最大施工段尺寸为40mx24mx1.5m，均为桩筏板基础。

运用midas/gen对底板混凝土水化热分析和温度裂缝分析，采取控温保湿措施，对温差较大的构件边缘和表面采取覆盖保温土工布和保湿塑料膜的方式进行养护，并取得了预期的养护效果。

2 水化热分析2.1midas/gen建模计算以40mx24mx1.5m施工段底板作为分析对象，取按边等分四分之一建模进行水化热分析。

2.1.1 材料特性表表1 材料特性表2.1.2混凝土温度应力、收缩应力计算公式（1）水泥水化热总量=4/（7/290-3/257）=320.90kj/kg；胶凝材料总水化热Q=kQ0=320.9*0.95=304.86 kj/kg（2）混凝土绝热温升值T（t）—龄期为t时，混凝土的绝热温升（°C）W—每立方米混凝土的胶凝材料用量（kg/m³）C—混凝土比热容，可取（0.92~1.0）kj/（kg. °C）—混凝土质量密度，可取（2400~2500）kg/m³m—与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，可取（0.3~0.5）d-1t—龄期（d）T（1）=（（455×304.86）/（1×2353））×（1-2.718-0.3×1）=15.28°CT（3）=（（455×304.86）/（1×2353））×（1-2.718-0.3×3）=34.98°CT（5）=（（370×304.86）/（1×2353））×（1-2.718-0.3×5）=45.79°CT（7）=（（370×304.86）/（1×2353））×（1-2.718-0.3×7）=51.73°CT（10）=（（370×304.86）/（1×2353））×（1-2.718-0.3×10）=56.01°CT（14）=（（370×304.86）/（1×2353））×（1-2.718-0.3×14）=58.07°C（3）混凝土收缩的相对变形值ϵy（1）=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*1）×1×1.13×0.85×1×0.93×0.7×1×0.91×1×0.86×1=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*3）×0.489=0.1946×10-5ϵy（3）=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*3）×1×1.13×0.85×1×0.93×0.7×1×0.91×1×0.86×1=0.5784×10-5ϵy（5）=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*5）×1×1.13×0.85×1×0.93×0.7×1×0.91×1×0.86×1=0.954×10-5ϵy（7）=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*7）×1×1.13×0.85×1×0.93×0.7×1×0.91×1×0.86×1=1.322×10-5ϵy（10）=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*10）×1×1.13×0.85×1×0.93×0.7×1×0.91×1×0.86×1=1.861×10-5ϵy（14）=4.0×10-4×（1-2.718-0.01*14）×1×1.13×0.85×1×0.93×0.7×1×0.91×1×0.86×1=2.555×10-5（4）混凝土收缩相对变形值的当量温度Ty（1）=0.1946×10-5/1.0×10-5=0.19°C Ty（3）=0.5784×10-5/1.0×10-5=0.58°C Ty（5）=0.5784×10-5/1.0×10-5=0.95°C Ty（7）=0.5784×10-5/1.0×10-5=1.32°C Ty（10）=0.5784×10-5/1.0×10-5=1.86°C Ty（14）=0.5784×10-5/1.0×10-5=2.56°C 2.1.3各阶段水化热分析图1 1d(24h)水化热梯度图图2 3d(72h)水化热梯度图图3 14d(336h)水化热梯度图2.2分析结论（1）应力分析图4 应力分析表最大应力为3000KN/㎡，小于计算的3天弹性模型0.7×104N/mm2。

例题3 大体积混凝土水化热分析1例题大体积混凝土水化热分析2 例题. 大体积混凝土水化热分析概要此例题将介绍利用midas Gen做大体积混凝土水化热分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。

此例题的步骤如下：1.简介2.设定操作环境及定义材料3.定义材料时间依存特性4.建立实体模型5.组的定义6.定义边界条件7.输入水化热分析控制数据8.输入环境温度9.输入对流函数10.定义单元对流边界11.定义固定温度12.输入热源函数及分配热源13.输入管冷数据14.定义施工阶段15.运行分析16.查看结果例题大体积混凝土水化热分析1.简介本例题介绍使用 midas Gen 的水化热功能来进行大体积混凝土水化热分析的方法。

例题模型为板式基础结构，对于浇筑混凝土后的1000个小时进行了水化热分析，其中管冷作用于前100个小时。

(该例题数据仅供参考)基本数据如下：地基：17.6 x 12.8 x 2.4 m板式基础：11.2 x 8.0 x 1.8 m水泥种类：低热硅酸盐水泥（Type IV）板式基础地基1/4模型图1 分析模型3例题大体积混凝土水化热分析4 2.设定操作环境及定义材料在建立模型之前先设定环境及定义材料1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存：输入文件名并保存3.主菜单选择工具>设置>单位系：长度 m，力 kgf，热度 kcal图2 定义单位体系4.主菜单选择特性>材料>材料特性值：添加：定义新材料材料号：1 名称：基础规范：GB10(RC)混凝土：C30 材料类型：各向同性比热：0.25 热传导率：2.3材料号：2 名称：地基设计类型：用户定义材料类型：各向同性弹性模量： 1.0197e8 泊松比：0.2 线膨胀系数：1e-5 容重：1835比热：0.2 热传导率：1.7注：也可以通过程序右下角随时更改单位。

例题大体积混凝土水化热分析图3 定义材料3.定义材料时间依存特性1.主菜单选择特性>时间依存性材料>抗压强度：添加：定义基础的时间依存特性名称：强度发展类型：设计规范规范：ACI混凝土28天抗压强度：3e4 kN/m2混凝土抗压强度系数 a 4.5 b 0.95注意：此处注意修改单位：力 kN，长度 m2.主菜单选择特性>时间依存性材料>材料连接：强度进展：强度发展选择指定的材料： 1.基础添加5例题大体积混凝土水化热分析6图4 定义材料时间依存特性图5 时间依存性材料连接注：材料的收缩徐变特性在水化热分析控制中定义。

基于MIDAS/CIVIL 的桥梁大体积混凝土水化热分析与施工控制摘要：结合四川乐自高速岷江特大桥主桥承台设计与施工，利用三维有限元软件midas/civil对承台的大体积混凝土进行模拟仿真分析，掌握水化热变化规律及其应力影响，据此指导现场施工控制。

结果表明：仿真分析很好地反映了水化热变化规律及其应力影响，施工控制措施得当，没有出现温度裂缝，保证了混凝土施工质量。

关键词：承台；水化热；有限元midas/civil；温度应力；施工控制中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：1 概述大体积混凝土施工的关键在于混凝土水化热的控制，由于水化热的存在，大体积混凝土经常出现温度裂缝这样的质量缺陷，为了解决这些问题，可以对大体积混凝土施工期的水化热进行仿真分析，根据分析结果采取相应的方法对其进行控制。

本文依据具体工程实例——岷江特大桥主墩承台施工，利用有限元软midas/civil 建立实体模型，通过仿真分析，提出了解决施工过程中水化热的具体措施，保证了岷江特大桥主墩承台的顺利施工。

2 工程概况岷江特大桥是四川乐山至自贡高速公路全线的控制性工程，为预应力混凝土连续梁桥。

主桥设计跨径布置为 100.4 m + 3 × 180 m + 100.4 m，，是目前同类型桥梁中跨径排名前列的连续梁桥，该桥立面图如图1，该桥主墩承台结构尺寸为15 m × 12.7m × 5 m，混凝土用量约953m3，设计强度为c30，泵送c30混凝土一次浇筑施工，承台尺寸见图2。

利用midas／civil有限元计算分析软件对承台施工过程进行仿真分析，以掌握其温度及应力变化规律，并据此在施工中采取相应控制措施，有效地防止了温度裂缝的产生，保证了承台大体积混凝土的施工质量。

图1 岷江特大桥立面图立面平面图2主墩承台尺寸示意图(cm)3 有限元仿真分析3.1有限元模型建立采用大型有限元软件midas /civil模拟承台建立有限元模型，由于承台的对称性，取承台的1／4进行计算分析，模型主体由2部分结构组成，分别为地基和承台混凝土，模型单元采用8节点等参元即实体单元，在单元划分过程中尽量使相邻单元之间大小均匀变化，在测点处划分较细致，从而能够更好地分析其温度的变化情况，整个结构共计1056个单元，建立的模型如图3所示，计算主要参数见表1。

新佳田铁路立交特大桥主墩承台水化热分析报告1、工程概况某立交特大桥主墩承台有两种类型，尺寸长⨯宽⨯高分别为1220⨯1320⨯350（cm）（承台1）和1220⨯1670⨯350（cm）（承台2），混凝土采用C40。

混凝土厚度达3.5m，可能会因混凝土中的凝胶材料水化热引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生，属于规范规定的大体积混凝土。

2参数分析采用有限元软件Midas Civil对承台大体积混凝土进行水化热计算。

大体积混凝土浇筑后的温度变化与混凝土配合比、混凝土的入模温度、混凝土与外部的热交换、内部冷却水管的布置等多种因素有关。

此工程为对称的立方体结构，为节约计算时间、提高计算效率，承台按照1/2模型进行计算。

取两个承台中较大承台进行分析（承台2）。

为了准确模拟承台向地基热传导过程，模型包括承台部分以及包括地基部分，其中地基向承台外拓展3m的长度，厚3m，有限元模型如图2-1所示。

图2-1 1/2承台有限元模型（承台2）2.1 边界设置1、热分析边界（1）承台顶板和侧面施加相应的对流边界，对流系数大小和风速、保温层以及模板有关。

不同边界设置对应的对流系数如表2-1。

表2-1 不同情况对应对流系数表（2）大气温度没有实测数据，根据最近气温情况取固定值15℃。

地基土侧面、底面以及除了和承台接触部分的顶面施加固定温度，固定温度取与大气平均温度一致，为15℃。

2、力学边界地基土侧面、底面施加固定约束，结构对称面约束对应方向的法向自由度。

2.2计算参数混凝土的绝热升温K 可通过式（2.1）计算。

()0Q W kF K c ρ+=（2.1）式中：Q 0——水泥最终水化热，kJ/kg ，取377； W ——单位体积混凝土中水泥用量，kg/m 3； F ——单位体积混凝土中混合材料用量，kg/m 3；k ——混合材料水化热折减系数，粉煤灰取0.25，矿粉取0.463； c ——混凝土比热kJ/(kg ℃)，取0.96； ρ——混凝土密度，kg/m 3，取2500。

midascivil⽔热化分析课题背景及任务来源随着我国交通事业的迅速发展，⼤跨度桥梁⼤量出现，在桥梁中⼤体积混凝⼟承台、锚碇、塔等亦随之⼤量出现。

⽬前所⽣产的⽔泥放热速度较过去⼤为提⾼，这使得⼤体积混凝⼟的温度裂缝问题⽇益突出，已成为普遍性的问题。

⼤体积混凝⼟在固化过程中释放的⽔化热会产⽣较⼤的温度变化和约束作⽤，由此⽽产⽣的温差和温度应⼒是导致混凝⼟出现裂缝的主要因素，从⽽影响结构的整体性、防⽔性和耐久性，成为结构的隐患。

因此⼤体积混凝⼟在施⼯中必须考虑裂缝控制。

⼤体积混凝⼟温度裂缝问题⼗分复杂，涉及到结构、建筑材料、施⼯、环境等多⽅⾯因素，⼯程建设领域⽬前对桥梁中所使⽤的⼤体积混凝⼟的研究还不够深⼊、全⾯，相关的规范条⽂还不够完善，对很多⼯程实践中的问题只能依靠经验处理，缺乏适当的理论依据，这会造成许多不必要的⼈⼒、物⼒、财⼒的浪费，⼤体积混凝⼟施⼯质量控制的结果也不很理想。

在总结⼤体积混凝⼟温度裂缝产⽣的原因的基础上，本⽂结合邕江四线特⼤桥，以及对承台试块的模拟试验，研究分析了⼤体积混凝⼟内部温度场和温度应⼒变化的规律和⼯程中采⽤的温控措施的实际效果。

本⽂在⼤体积混凝⼟⼯程中所采⽤的温度监测和裂缝控制措施，为今后同类⼯程施⼯提供了有⽤信息，也为今后开展深⼊的理论研究提供了试验和理论参考依据。

组成结构通过midas来模拟⼤体积混凝⼟在⽔化热情况下温度与应⼒应变的变化，并且通过不加冷⽔管和加冷⽔管的情况下进⾏对⽐分析，并得出相应的结果。

功能与技术能够直观的看到混凝⼟内部在⽔化热的情况下温度随时间的变化，并且通过精确的数值进⾏分析。

从⽽使我们对⽔化热有进⼀步的认识，进⽽通过温度变化趋势分析混凝⼟可能会产⽣的裂缝的位置，从⽽提前做好防护措施，尽可能是裂缝降到最⼩。

成果的主要特点通过对⼤体积混凝⼟⽔化热的分析，我们能更加深⼊的了解混凝⼟内部温度度的变化情况，从⽽对混凝⼟浇筑﹑养护﹑防护提前做出应对措施。