混凝土半绝热温升试验与有限元模拟计算的研究

论文摘要

近年来，有一类裂缝越来越引起人们的注意，那就是混凝土的温度裂缝，人们发现，温度裂缝不仅会在大体积混凝土中出现，在民用建筑的小尺寸构件中也一样会出现。混凝土的温度裂缝不仅有损建筑物的美观，而且会影响建筑物的使用功能，缩短建筑物的使用年限，甚至会导致结构破坏，是目前混凝土质量控制的重点和难点。因此本文针对混凝土的温度场进行模拟计算研究，以期达到防止和控制混凝土温度裂缝的目的。本文的内容主要分两部分，第一部分是建立混凝土温度场计算的半绝热温升试验-有限元分析计算模型，并对模型进行误差分析，第二部分是将模型在工程中进行验证和修正。首先，为了获得混凝土的绝热温升，在实验室的条件下进行混凝土的半绝热温升试验，根据热力学理论推导出了绝热温升的推算公式，并提出了校正公式，利用修正系数K对结果进行了校正。试验结果证明，与绝热温升仪测得的准确结果以及与水化热测试结果计算的绝热温升值比较，半绝热试验推算绝热温升结果基本准确，而且是一种更为廉价、更为有效快捷的试验方法。然后，在所得绝热温升的基础上，考虑现场实际环境条件和浇筑情况，利用ANSYS有限元分析软件模拟计算混凝土的实际温度场，与现场混凝土实测温度场比较，计算结果基本吻合，可以比较准确的预测混凝土的温升发展趋势，这为温度裂缝的控制提供了很好的依据。同时结合实际工程，通过对常规理论计算方法和半绝热温升试验-有限元计算模型计算过程和计算结果的误差进行分析比较，作者发现，常规理论方法存在参数选择不准确的问题，其计算误差甚至会达到50%以上，无法对工程进行准确预测，满足不了工程应用需求，相比而言，本论文建立的半绝热温升试验-有限元分析计算模型更能反映实际混凝土施工中的情况，计算结果的误差可控制在10%以内，满足工程需求，如能在工程中合理应用，可以有效的防止和控制混凝土温度裂缝。其次，将该模型在工程中进行了应用，针对工程的具体概况进行了混凝土半绝热温升试验，推算获得绝热温升值，而后利用有限元模拟预测了混凝土温度变化，经与工程实测结果比较，预测温度曲线符合实测变化规律，最高温度的误差也在5%以内，计算结果基本准确，证明该模型可初步用于指导施工。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 混凝土温度裂缝概述
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 材料水化热研究进展
• 1.2.2 混凝土绝热温升理论研究进展
• 1.2.3 温度场预测应用研究进展
• 1.3 混凝土实际温升的常用计算方法
• 1.3.1 根据手册所示水化热的计算方法
• 1.3.2 根据胶凝材料水化热试验结果的计算方法
• 1.3.3 根据混凝土绝热温升试验结果的计算方法
• 1.3.4 基于足尺模型计算方法
• 1.4 混凝土温度场计算理论
• 1.4.1 温度场概念
• 1.4.2 热传导原理
• 1.4.3 导热系数
• 1.4.4 解析计算法及有限元分析计算
• 1.5 课题设计思路及创新点
• 1.6 本文的研究意义和内容
• 第2章 实验原理与试验内容
• 2.1 半绝热温升-有限元分析计算模型设计原理
• 2.1.1 半绝热温升试验
• 2.1.2 混凝土温度场有限元分析计算
• 2.2 试验内容
• 2.2.1 混凝土绝热温升试验
• 2.2.2 半绝热温升试验
• 2.2.3 水泥水化热试验
• 第3章 半绝热温升试验及有限元计算结果与分析
• 3.1 绝热温升试验结果
• 3.2 半绝热温升试验结果
• 3.2.1 绝热温升计算
• 3.2.2 绝热温升推算准确性——K 的影响因素研究
• 3.3 水泥水化热试验结果
• 3.4 有限元计算分析
• 3.4.1 常用的热分析单元
• 3.4.2 热分析的种类
• 3.4.3 热分析的边界条件
• 3.4.4 热分析的基本过程
• 3.4.5 工程案例分析计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 不同温升计算方法的误差分析
• 4.1 混凝土的温升计算
• 4.1.1 《建筑施工手册》（第四版）中混凝土温度计算方法
• 4.1.2 解析计算方法（按第三类边界条件求解混凝土水化热温升）
• 4.1.3 半绝热温升试验-有限元分析计算方法
• 4.1.4 现场实测温度结果
• 4.2 误差分析
• 4.2.1 常规理论计算方法
• 4.2.2 半绝热温升试验-有限元分析计算方法误差分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 温度应力及裂缝开裂概率
• 5.1 《建筑施工手册》（第四版）应力计算方法
• 5.2 有限元软件分析计算
• 5.3 本章小结
• 第6章 工程应用
• 6.1 博兴交通局底板模拟
• 6.1.1 工程概况
• 6.1.2 半绝热温升试验及有限元计算
• 6.2 博兴锦绣园地下室外墙模拟
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 半绝热温升试验-有限元计算
• 6.3 本章小结
• 结论和进一步的研究方向
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢