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施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
大体积混凝土温度应力场仿真分析
卓杨，汪冬冬
（中交上海三航科学研究院有限公司，上海
200032）
2012年11月下第41卷第377期
【摘要】运用三维有限元分析软件ANSYS对大体积混凝土实际施工过程的温度应力场进行了全程仿真计算。以混凝土绝热温升试验结果作为仿真计算依据，计算大体积混额土的温度场。数值模型中考患了冷却水管作用，通过对比分析有、无冷却水管条件下混凝土结构的温度应力场，说明了水管冷却作用效果显著，同时根据仿真分析结
果指导大体积混凝土设计与施工，有效防止了混凝土的开裂。【关键词】混凝土；有限元分析；温度场；应力场
[中图分类号］TU755
【文献标识码】A
【文章编号】1002-8498（2012)22-0046-04
SimulationAnalysisof Temperatureand StressFieldforMass Concrete
ZhuoYang,Wang Dongdong
(Shanghai Third Harbor Engineering Science & Technology Research Institute Co. ,Lad. , Shenghai 200032, China) Abstract; The temperature and stress fields of mass concrete during the whole construction process were analyzed using three-dimensional FEM analysis software ANSYS. Experimental results on adiabatic temperature rise of concrete were used to validate the numerical simulation. The effect of cooling pipes was considered in the FEM model., Comparison of the temperature and stress fields with and without the cooling pipes inside the concrete structure indicates that cooling pipes have significant influence. The simulation calculation results were used to guide the design and construction, and effectively prevented concrete cracking.
Key words:concrete; finite element analysis; temperature field; stress field
大体积混凝土目前已广泛应用于大坝、桥梁、
水上平台等大型水工结构工程中。工程施工过程中，由于水泥的水化放热导致结构温度上升，在受到内部或外部的约束及周边环境作用时将产生较大的温度应力进而引起混凝土开裂。由温度应力引起的裂缝具有裂缝宽、上下贯通等特点，对结构的承载力、防水性能、耐久性等都会产生很大影响，甚至在未使用前已不能满足设计与规范要求，必须采取措施设法控制混凝土温度裂缝的产生。
目前关于大体积混凝土三维温度场仿真分析
的文献，很少有考患冷却水管的作用。这是因为水管冷却效果分析的计算非常复杂[12]，比较精确的数值方法文不实用，因此在工程应用中，大都采用简化的近似计算方法，这些简化方法从整体上考虑水管冷却的效果["】，但没有考虑冷却水沿程温升对水管冷却效果的影响，计算精度受到影响。
本文运用通用有限元软件ANSYS，针对大体积【收稿日期】2012-04-02
【作者简介】卓杨，工程师，E-mail：zyf22xyahoo.com. 万方数据
混凝土结构，按照工程中实际冷却水管的布置、水流情况等因素进行了施工期全程三维温度、应力场的仿真模拟，并结合工程实测数据进行对比分析。
1温度应力场计算有限元原理 1.1定解条件(4)
为使有限元节点的热平衡方程具有唯一解，需要附加一定的边界条件和初始条件，统称为定解条件。
1.1.1边界条件
1)第1类边界条件
TI, =(x,y,,t)
(1)
式中：结构表面温度T为已知函数；厂为结构边界； f(x,y，z，t）为已知温度函数。
2)第2类边界条件
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an
= g(x,y,z,t)
(2)
式中：k为导热系数；n为表面外法线方向；g（"，y， z，t）为已知热流密度函数。结构表面的热流密度为已知函数。
3)第3类边界条件
当两种不同的物体接触