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D0I;10.7672/sgjs2017040128
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2017年2月下第46卷第4期
大体积混凝土底板水化热数值计算研究
岳著文，孙学锋，张德财，王强
（中国建筑第八工程局有限公司工程研究院，上海200122）
【摘要】综合考虑对流边界条件、水泥水化放热、混凝土强度时变增强等因素，采用Midas有限元软件对厚度为3m 的大体积混凝土底板水化热进行数值计算。通过算例分析表明：水泥水化反应初期，混凝土温度升高，表面受拉，内部受压，混凝土表面中心位置受到的拉应力最大；水化反应后期，混凝土降温收缩，外部混凝土由受拉变为受压，内部混凝土则由受压变为收缩受拉，混凝土内部收缩与外表面约束共同作用下将形成拉应力集中区。通过对算例
优化设计，减少水泥用量并控制水泥水化热，降低了混凝土的开裂风险。【关键词】混凝土；大体积混凝土；水化热；温差；裂缝：数值分析
【文章编号】1002-8498(2017)04-0128-06
【中图分类号】TU74
【文默标识码】A
Study of Numerical Calculation on Hydration
HeatinMassConcreteSlab
YueZhuwen,SunXuefeng,ZhangDecai,WangQiang
(Engineering Research Institute of China Construction Eighth Engineering Division Co. ,Lid. , Shanghai 200122, China) Abstract: Mass concrete slab with a thickness of 3m is modeled by Midas to calculate the heat of hydration considering convective boundary, cement hydration and time-varying enhancement of concrete. The case study shows that, at the beginning of the cement hydration reaction, external concrete in tensile and internal concrete under pressure due to temperature rising in concrete. However, at late of the hydration reaction, extermal concrete under pressure and intermal concrele in tensile because temperature fall down at this period. A tensile stress concentrated area is formed with the coaction of the intermal shrink and external constraint. Optimal design is used to reduce the crack risk of concrete by reducing the cement content and the cement hydration heat.
Key words:concrete;mass concrete; heat of hydration;temperature difference;cracks;numerical analysis
对于大体积混凝土浇筑时水泥水化反应，现有的热传导理论可准确地进行描述，混凝土中温度变化可通过求解热传导方程得出，但除了温度，设计人员更关心的是水化反应阶段混凝土内部所受应力的大小。因此，大体积混凝土水化反应过程是温度-应力耦合过程。传统计算方法首先通过解热传导方程得出混凝土温度场分布，再定义热膨胀系数得出混凝土位移场，根据混凝土力学指标，进一步求解混凝土应力、应变"}，计算过程较繁。由于浇筑期间，混凝土为时间依存性材料，计算应力时应考虑弹性模量随时间的变化过程，增加了计算难度。
随着计算机技术的快速发展，日趋完善的有限【作者简介】岳署文，工程师，E-mail;413648597@qq.com
【收稿日期】2016-11-25 万方数据
元分析方法在工程中得到越来越广泛的应用。研究人员开始采用有限元软件模拟大体积浇筑阶段混凝土中水化热变化[24]，但并未对大体积混凝土水化热传导过程进行详细分析。与传统计算方法相比，有限元数值计算可极大地提高计算效率，可求解更为巨大的工程、定义更加复杂的边界条件，并能够直观展示计算结果。本文拟采用Midas有限元计算软件，考虑对流边界条件、材料时变特性，对大体积混凝土水化热反应进行数值计算，研究大体
积混凝土底板浇筑阶段温度-应力发展规律。 1混凝土水化热计算理论
考虑三维条件下，大体积混凝土浇筑阶段水化热可按下式计算：
++)+ ++
(1)
式中：T为龄期时间为t时的温度，℃；入为混凝土