文献综述

研究生学位论文献综述

斜拉桥索塔大体积混凝土温度控制

及抗裂性研究

专业：结构工程

开题人：纪俊杰

年级：2009级

导师：胡峰强副教授

南昌大学建筑工程学院

二〇一〇年十二月

目录

1 课题来源及名称 (3)

2 概述 (3)

2.1开题的研究意义及目的 (3)

2.2研究目的及意义 (4)

3 国内外研究现状及发展趋势 (4)

3.1国外研究概述 (4)

3.2国内研究概述 (7)

3.2.1有限元法的基本原理及相关文献 (7)

3.2.2温度场及温度应力的基础理论 (8)

3.2.3考虑混凝土水化热温度场问题 (9)

3.2.4日照环境温度作用下索塔及预应力混凝土箱梁的

温度场及应力分析 (11)

3.2.5 对温度裂缝产生机理及防治 (12)

4 总结 (14)

5参考文献 (15)

斜拉桥索塔大体积混凝土温度控制及

抗裂性研究

一．课题名称及来源

课题名称：斜拉桥索塔大体积混凝土温度控制及抗裂性研究

课题来源：福州至银川高速公路九江长江大桥南北索塔大体积混凝土及超宽预应力混凝土箱梁温度场和裂缝控制研究。

二．概述

2.1本课题的研究背景与意义

随着社会的发展和中国“五纵七横”的公路建设，国家对公路桥梁的建设投入剧增用以适应日益飞速发展的经济建设。中国的桥梁建设也进入了一个高潮，特别是大跨径斜拉桥的建设已经进入了一个崭新而富有挑战的时代，斜拉桥由于其自身优秀的结构受力特性被广泛用于各级公路桥梁的建设。其桥梁跨度不断增加，结构形式也愈趋复杂，施工工艺也越来越先进，施工中索塔的施工为大体积混凝土混凝土的施工，因此必不可少的会遇到产生大量的水化热，以及由此引发的复杂的温度场和温度应力的问题，由于内外的温差的存在使得大体积混凝土在浇筑及养护时期会产生较大的温度应力，这种温度应力已经成为索塔浇筑和养护时期产生裂缝的最主要的成因，这种裂缝相比运行的裂缝的成因更复杂，数量多，宽度也较大，因为是影响索塔的承载能力的主要因素。因此分析索塔承台混凝土浇筑期所产生的水化热，和其相应的温度场及温度应力对索塔结构的影响就是当今研究的热点。

由于混凝土水化热的散发，弹性模量的发展、徐变变形和自生体积变形的发生等，都是随时间变化的过程，而气温、水位、水温、日照等外界条件的变化也都是时间的函数，以及各种施工工序和施工措施的安排，各种维护养护手段的采用也总有先后的顺序。这些就决定了分析大体积混凝土浇筑和运行期间的温度、应力和变形等物理量要考虑到实际中各种因素随时间变化的情况，做到切实仿真。采用有限元以及其他方法，主要应用MIDAS软件仿真大体积混凝土浇筑过程的实际情况，考虑混凝土弹性模量、水化热、徐变变形、自生体积变形等材料特性随时间变化的具体情形，并且仿真的模拟实际工程的施工工序和施工措施中以

及所采用的各种温控措施，并且通过施工过程中的气温、水温、水位、日照等因素的变化确定合理的温度、位移边界，对大体积混凝土结构的温度场、应力场、位移场进行分析，得出它们的分布和变化规律，从而得到工程中所需要的温度场的分布，由此计算出索塔结构承台及箱梁的温度应力分布，以此为依据通过采用一些施工措施和养护方法及优化施工方案，最终达到控制混凝土中的温度应力，避免在使用阶段出现较大的温度应力裂缝而严重影响桥梁的正常使用，就是大体积混凝土仿真分析的内容和任务。

2.2研究目的意义

随着我国对大跨度斜拉桥建设投入的逐年增长，伴随温度应力及温度裂缝问题将会越来越明显的体现在工程中，在考虑到桥梁索塔施工及成桥阶段的经济性，安全性的要求。索塔的温度控制措施的研究，温度应力及施工荷载所产生裂缝的预防，对桥梁正常使用影响极大，具有很好的研究前景及意义。

三．国内外的研究现状

一．国外的研究现状

自上世纪40年代至70年代，美国垦务局，(前)苏联水工研究院，日本京都大学森忠次教授等对大体积混凝土的实际设计和施工技术、温度控制标准、温度控制措施等都作了深入的研究，如浇筑块的合理分缝分层，适当减小水泥用量，选择低热水泥，各种骨料预冷方法(由各种单独冷源冷却到水冷、真空气化法、风冷等几种方法的综合冷却法)和对温度场、温度应力和温度裂缝发生的设计计算等。自20世纪50年代起，国内外学者从对桥墩裂缝的现场调查分析中认识到了温度应力对混凝土结构的重要性。随着混凝土空心高桥墩和大跨度预应力混凝土箱形桥梁的迅速发展，温度应力对这些结构的影响和危害越发引起工程界的重视和研究。自60年代以来，国内外由于温度效应而导致混凝土结构严重裂损事故并不少见。例如，德国几座厚腹板箱形桥梁的损坏，其中两座桥梁几乎坍塌;在对德国Jagst桥厚腹板箱梁的检查中发现，通车第五年发生严重裂缝，经估算温度拉应力高达2.6MPa。美国对Champigny箱形桥梁的支座反力变化进行观测，由于日照温差效应，在一日内其变化值高达26%，相当于这一

反力变化值的箱梁顶、底板表面的等效温差为10℃，仅由这一温差引起的最大下翼缘应力就可达到3.92MPa。新西兰一座新市场高架桥的预应力混凝土箱梁，因日照产生的大温差导致该桥发生严重裂损，不得不耗巨资进行修复。

美国的Zuk研究了如何由气象资料估计桥梁的温度分布，指出气温、风、太阳辐射和材料种类都会影响桥梁的温度分布，并导出了结合梁顶、底面之间的最大温差近似方程。继而又实桥观测的基础上，用线性温度分布分析了组合梁的温度应力〔1〕。Emerson在实验室进行了一系列涉及气候参数与混凝土热运动的试验，得出了两者之间较好的公式。然而，这些公式仅能在满足试验所使用的桥型截面和相同的气候条件下成立。在他的研究中对比了各个参数的相对重要性，指出太阳辐射是最重要的影响参数。由接受太阳辐射所造成的温度变化主要取决于发射率和混凝土表面的吸收系数，但发射率对接受的辐射量相对较小。第二个重要的参数是风速，它直接影响混凝土表面的热交换系数〔2〕。Cervera(1999)建立了一种适于模拟早期混凝土形态的热学一化学一力学模型，可模拟混凝土的水化、养护、破坏和徐变过程。模型建立在多孔介质的理论基础上，可预测混凝土的水化程度及水化热的变化过程，混凝土的力学形态则主要通过粘弹性力学模型来模拟[3]。

Ramezankhani对部分预应力桥梁进行了温度场观测，以期建立混凝土桥梁在短期温度荷载、长期温度荷载下作用下结构行为的公式。他完善和发展了以往建议使用计算桥梁温度效应的方法，在分析中得出混凝土横向温度应力同样可以大到使裂缝产生，因此在设计中对温度应力进行验算是非常必要的〔4〕。Shiu 和Tabatai分析了路易斯安那省的Red river桥的温度效应，通过测得的应变和温度数据，计算了横截面的自约束温度应力和外约束温度应力，得出横截面沿高度上的温差以三直线分布[5]。

在理论研究方面，Emanuel和Husely用有限元方法来求热流微分方程的近似解，通过把截面分成常热流的单元，节点温度则看成随时间变化的变量。该分析方法能够较好的求出各种不同截面的温度分布[6]。Berwanger提出了另一种数值解法来求解公路梁式板桥内的温度分布。他用精密细分的高阶三角形单元来求桥梁的变形，应变及应力则基于热弹性有限元基础上，并且分析结果和实测数据进行了对比[7]。Ebadry和Ghal用平面二维有限元模型分析了在给定地理位

置和自然环境条件下，任意截面和方位的混凝土桥梁截面内温度分布，他们指出要成功地运用有限元分析，边界条件的正确至关重要[8]。

曲线桥或斜交桥因其独特构造其热反应比直桥更加复杂，Moorty对曲线桥在温度效应影响下的热反应做了一系列分析，研究结果可以很好地解释该类桥的温度变形，并且提出了避免和减少温度效应带来的负作用的建议[9]。有限元同样也被用于相形截面的热流分析，Saetta等用三角形和四边形单元来分析了二维热流问题，把从混凝土水坝和混凝土箱形桥中得出的结果进行了对比[10]。 Emborg和Bemander(1994)中对早期温度应力和温度裂缝进行了很多实验，包括徐变实验、混凝土热体积自由膨胀实验、松弛实验等。在理论计算模型中，考虑了早期混凝土的温度变化，温度传导以及混凝土配筋因素。这篇文献指出，在计算机仿真研究中，要控制早期混凝土结构的温度裂缝和应力，单单考虑早期混凝土结构内的温度分布是不充分的[11]。

Ebadry和Ghali总结了确定和不确定混凝土结构的温度应力，提出了结构因为温度裂缝产生而导致刚度减小和在连续结构中产生内力的计算公式。他们的研究认为如果采用部分预应力比全预应力更好，因为这样可以允许裂缝的产生来减小温度应力，并且通过配置普通钢筋来控制裂缝的发展[12]

二．国内研究现状

2．1有限元法的基本原理及相关文献

有限元法是解结构和连续介质力学问题的一种近视方法，它也可以用来解其他类型的场问题。有限元法将一个区域分割成有限个数目的不重复的子单元，首先设定每个单元内的一个近视解，并用有限数目的未知参数来描述单元的行为特性，然后将各单元的关系式集合成方程组，解方程组求出这些未知参数，当子单元划分的足够细时场变量离散化的误差消失，就可以得到精确解。

建立有限元的公式时分为三种途径：一是直接刚度法，二是基于求泛函极小值得变分法或能量原理，三是加权残数法。直接刚度发可以用于比较简单的问题。用变分法建立有限元公式时，是吧力学问题的求解归结为求泛函极值的问题，如利用最小势能原理或余能原理，其中里兹法较为常用。加权残数法是直接对问题素偶满足的微分方程求近似解的方法，要求满足边界条件的近似解在加权平均的意义上满足问题的微分方程。

有限元拥有可模拟复杂结构的各种类型的单元，常用的单元有：一维轴力杆、弹簧和梁单元；二维的平面剪力单元、三角形和四边形模单元、薄板和薄壳单元、轴对称环体和壳体单元；三维的块体单元等。便于编制程序这是有限元分析达到广泛应用的重要条件。国际上有代表性的商品化有限元分析软件有NASTRAN、ASKA、ADINA、ANSYS、、PAFEC、、ASAS、LUSAS、NISA、SAP、ABAQUSD等等。这些程序的特点是：单元库、材料特性库、荷载与边界条件处理手段都比较丰富，分析功能多，解题规模大，计算效率高。因而适用于比较广泛的工程领域，经过长期的使用和维护，比较可靠。

洪锦如[13]对桥梁结构的有限元方法及动力学分析有较为完整的论述其中包括最小势能原理，变形体虚功原理有限元法平衡方程的推导及其收敛性准则的有限元。详细的杆系结构包括桁架平面梁系空间梁系有限元的单元刚度矩阵位移函数等计算公式的推导。

[14] [15]论述了在笛卡尔直角坐标系下三维定常的对流扩散方程的有限元分析过程。及四结点四面体单元形函数，单元刚度矩阵，单元荷载向量的推导，八结点六面体等参数单元的推导。并且在程序上实现了四结点四面体和八结点六面体等参数单元的单元刚度矩阵和单元荷载向量。并提出了面向对象法程序设计的基本过程，论述了边界元法与有限元法的的耦合格式

2.2温度场及温度应力的基础理论

朱伯芳在[16]中较为完整的论述了热传导方程的推导，四类边界条件及其近似处理。一二维温度场的差分解法，温度场求解时相关系数：导热系数表面放热系数太阳辐射热的计算和取值方法。运行期建筑物的温度场及计算温度场的有限元法，其中考虑三维稳定温度场的求解问题根据变分原理可以等价于泛函的极值问题。给出了混凝土浇筑温度计算方法及水化热温升的理论解提出了浇筑层的厚度对水化热温升与绝热温升差值的影响，并给出了二维三维等参单元形函数的表达式。在考虑三维不稳定温度场求解问题运用显式和隐式的解法。其中隐式解法要优于显式解法且其中向后差分法的效果更好。通过计算和总结实际的经验的基础上给出了控制温度应力防止裂缝的技术措施。

梅甫良在[17]中基于混凝土结构非稳态温度场的显隐式解法，用状态方程表示有限元控制方程，然后用精细积分法导出了当前时间步结点温度向量与前一时间步结点温度向量之间递推公式。进行时间离散建立了两个相邻时间步之间的递推关系利用精度较高的辛普生积分法即可以得到当前时间步结点温度向量的求解公式，且最后得到的精度较中心差分法要高

[18]在进行混凝土结构温度场及温度应力分析时通过对稳态温度场的有限元解的分析，在上述文献的基础推导出了八节点三维实体单元的单元刚度矩阵和热流向量计算公式。单元刚度矩阵和热荷载向量求出后，通过参考上诉文献就可以集成总刚度矩阵和热载荷向量，并用面向对象有限元程序实现了对温度场及温度应力的模拟与实测值的误差较小。

[19]中提出了三种混凝土有限元分析模型即分离式模型，组合式模型，整体式模型并论述了其各自的优缺点及其适用范围。并通过ANSYS对大体积混凝土温度应力敏感性因素分析。其中包括结构尺寸冷却水流速外温变化及约束条件的影响。

2．3考虑混凝土水化热温度场问题

2．3．1对于混凝土绝热升温及水化热的研究

朱伯芳在 [20]中混凝土绝热温升是大体积混凝土温度控制的一个重要因素.集中考虑了龄期及混凝土温度对混凝土绝热升温的影响，分为增量式和全量式其中，其中增量式参数计算方法有以下三种包括用优化方法从绝热温升试验资料计算参数，从工程实测资料用优化方法反演计算参数等。文献建议：实际工程中，由于混凝土温度急剧变化，宜采用增量型计算公式。

张子明，宋智通提出土水化热产生初期，温度升高对混凝土水化热化学反应速率影响很大，而对最终的水化热绝热升温影响不大，引入有效时间的概念可将任何温度下的养护时间转换为参考温度下的有效时间。可以采用双曲函数描述不同初始温度情况下的混凝土绝热温升，不同初始温度下的化学反应速率kr的试验值可以被用来从数量上确定温度对绝热温升的影响。，所以对于某种混凝土，存在唯一的绝热温升与有效时间关系曲线。这些研究表明，温度对混凝土水化热化学反应速率的影响进一步加重了温度裂缝问题的严重性。[21]

李东,潘育耕在[22] 通过实验计算和拟合曲线发现在工程中采用指数函数表达式,为符合实测结果。解释了混凝土在28d中的强度增长速率滞后于放热速率的成因。水化速率用水化放热速率表达更符合水化热温度变化过程，建筑工程中水化系数较水工结构要大。并提出了水化系数的取值标准。

刘连新黄世敏在[23]中通过配制C65混凝土的试验．分析了所用各项材料对水化热的影响因素与机理，通过试验表明低水胶比明显降低混凝土的总水化热，水泥用量不再是影响混凝土单一因素，对抑制早期水化加速的效果，是由掺加的高效减水剂与硅粉二者共同作用的。高效减水剂不影响混凝土的总水化热，但可明显改变混凝土的早期放热速度。

2．3．2混凝土水化热中参数的计算

文献[24]根据《大体积混凝土温度应力与温度控制》中提出的混凝土热力学参数的计算方法详细计算确定混凝土热力学参数（混凝土生热率q（t），传导系数λ，对流系数β），采用MATLAB软件拟合出生热率的指数式，采用ANSYS软件所提供的温度场分析单元SOLID70进行瞬态仿真分析，计算出的结果与实测的结

果吻合很好，并以此为依据进行了温度因素的分析和减小内外温差的措施并对其产生的效果进行了详细的分析。其中混凝土表面对流系数：参考[25]，冷却水管对流系数参考[26]

2.3.3混凝土水化热作用下的温度场及温度应力计算

王振波在文献[27]中针对大体积混凝土筏式基础底板提出了分层计算瞬态温度场及其应力场的计算方法。认为混凝土中水泥产生的水化热与外界进行热交换时主要是沿其高度，即较小尺寸方向进行，这样就将复杂的三维热传导问题转化为简单的一维热传导问题且可以得到瞬态温度场的解析解。混凝土的内外温差只引起自约束，主要产生表面裂缝，而平均降温差则引起外约束，它才是产生贯穿性裂缝的主要原因。由于分层计算时，每层混凝土都认为是均匀降温的，所以可引入约束矩阵法计算大体积混凝土内的温度应力。

[28]中详细论述了运用MIDAS/CIVIL进行水化热分析时的，热传递分析参数的计算，热应力分析中温度和时间变化引起的等价龄期和计算温度，考虑由温度变化，收缩徐变引起的变形，并分别模拟了低温高温和常温下混凝土箱梁的温度场和温度应力的变化规律及最大应力出现的位置。表面低温情况下较易产生极大的内外温差，而高温情况下内外温差不明面，但内部温度过高对混凝土后期强度的发展是极为不利的应予以避免。

[29]通过模拟索塔下塔柱连接段实体部分及下横梁箱梁部分水化热温度-应力场，得到其各阶段龄期的应力图，实体段的温升较大而降温较为缓慢，下横梁箱梁截面的温升相对较小而降温快，下横梁箱梁截面内表面温度应力相对却较大，出现温度裂缝的可能性较大，这也是中国许多箱梁整体或分层浇注养护过程中腹板容易出现裂缝的原因，施工中要重视箱梁外保内散的养护措施。

2．4日照环境温度作用下索塔及预应力混凝土箱梁的温度场及应力分析

[30]通过热瞬态分析以及热一结构耦合求解得到的箱梁温度场和温度应力场与箱梁实际温度场和温度应力场接近，为此，本文采用热瞬态分析计算箱梁温度场，采用热一结构祸合求解箱梁的温度应力场采用间接耦合法，先进行非线性

瞬态热分析，再进行线性静态结构分析，用热分析中任意时间点的节点温度作为荷载进行结构分析.分别考虑箱梁整体一次性浇筑,设置冷却水管，箱梁分幅浇筑，箱梁分左右两幅浇筑，中间设置后浇带等情况下温度应力的分布情况，得到分幅浇筑时并不能改变去温度场，但可以有效减少温度应力的作用，在风嘴设置冷却水可以极大提高其混凝土的抗裂性，箱梁的防裂控制分为混凝土浇筑温度的控制，冷却水管的控制，混凝土养护控制及施工控制。

[31]通过MIDASCIVIL建立索塔分节段施工模型，分别考虑风荷载，温度荷载作用下的索塔的应力分布情况，得出了索塔在两种荷载因素作用下的稳定性结论。总结欧拉稳定性问题和极值稳定性问题的有限元解法。通过对索塔不同施工阶段的荷载的组合进行裸塔状态及成桥状态索塔稳定分析，得出了索塔自体稳定及成桥阶段稳定前四阶失稳模态。并论述了混凝土收缩徐变的作用机理，影响因素。混凝土收缩徐变的计算理论与方法包括有效模量法、老化理论(徐变率法)、弹性徐变理论(迭加法)、弹性老化理论(流动率法)及继效流动理论等，并阐述了各种方法的特点及应用范围。[32]在建立模型时详细的论述了单元类型的选取，边界条件及荷载的模拟，计算得到了主梁主塔及拉索的应力分布规律，其中细致的考虑各个施工阶段下索塔的受力情况，并以此为依据建立结构极限状态函数，进行各种不利施工状况下结构施工风险的计算，从预防弱化转移风险的方面提出应急措施。

[33]详细考虑了箱梁温度场受太阳辐射，大气温度和风速的影响，文献中给出了直接辐射散射辐射的各项计算参数及辐射热交换系数的计算式，并通过实验测定确定在风速一定时，热交换系数的最大偏差较小大约为6%，故可采用常数的热交换系数来预先确定最大温度应力。通过比较得出双室及多室箱梁的温度荷载分布规律与单室箱梁的温度荷载分布规律基本上是一致的。

[34]详述了预应力混凝土箱梁由于日照温度变化，骤然降温温度变化，年温度变化的产生的应力特点，归纳了箱梁的热传导理论，并利用ansys建立日照环境下的箱梁模型，理论计算得出其温度场及温度应力的分布具有一定的精度。分析了施工阶段太阳辐射对悬臂梁绕度的影响，并应用相对标高法进行挂蓝立摸标高的放样以避免温度对大悬臂箱梁绕度的影响。

[35]将日照辐射热传导理论中的第二边界条件通过辐射气温转化为第三类

边界条件，即将辐射热流密度条件转化成对流热交换条件。利用ansys分别模拟了在一天中各个较突出时间段的温度场分布图，通过对比实际值分析误差原因及各种参数对温度场的影响程度及特点。

2. 5温度裂缝产生机理及防治

2．5．1考虑冷却水管对混凝土的影响

蔡建波在[36]中提出考虑定期改变冷却水流向对混凝土温度状态的影响。得到改变流向可以使得整个混凝土层平均温度趋于均匀，而并不能提高冷却效果。并分析的弯管取直对计算的影响，并通过电算进行了了水管冷却效果的实用计算。

桥梁大体积混凝土温控与防裂[37]中，详细论述影响冷却水管效果的各项因素：管径，管距，管厚，流量，流向，冷却水温度。并定量的分析了在各个因素的影响下管冷对混凝土降温的影响及经济性。

朱岳明，徐之青 [38]中针对混凝土水管冷却温度场的计算问题，在目前用有限单元法迭代算法近似求解的基础上，根据水管与混凝土之间热量交换的平衡原理，提出一种在数学理论上正确严密的有限单元法数值计算的新算法。在计算水管水温沿程变化时，可很方便地直接按单元边界面上的曲面进行积分；通过沿程水温增量的计算的方法采用迭代解法逐步逼近真解的方法求出水管沿程水温的变化与温度梯度。严格模拟了蛇形水管沿程水温的增量避免了截弯取直，以及弯管附近混凝土中的温度误差。蛇形水管外缘边界混凝土单元可通过各水管截面线的形心位置和水管半径的大小来沿程搜索，程序的实现也很简便。结论，提出了一种在算法理论上正确严密的有限单元法数值计算法，它适用于任何带冷却水管温度场的求解。

2.5.2裂缝的生成机理

[39]中简述了混凝土破坏机理，引用了虚拟裂纹模型，Duan一Nakagaw模型通过改变加权积分中的权函数，可以很方便地将该模型应用于各种应变软化材料

(包括理想弹塑性材料)的分析中去。并联系实测值比较了索塔面考虑裂缝和不考虑裂缝两种情况下的应力计算结果及两种温差下的开裂平面内的应力计算。

[40]提出当混凝土表面附有模板或保温层时，仍可按第三类边界条件计算，但用选择放热系数β的方法来考虑模板或保温层对温度的影响。通过分析导致基础温度裂缝的因素，提出了大体积混凝土的施工工艺和养护措施。[41]考虑边界约束和构造设计，合理的设置钢筋位置，设置滑动层，缓冲层及缓冲沟。施工措施有分层分段设置，采用二次投料及二次振捣等措施防治裂缝。

[42]文献论述了混凝土的损伤机理及裂缝扩展的阶段，并列举了Mazasr损伤模型Loalnd损伤模型sidoroff各向异性损伤模型指数函数损伤模型等本构模型并比较了在不同的应力-应变曲线阶段各个本构模型的适用性及精度，引用了徐道远教授与王振波博士混凝土温度损伤模型研究建立温度损伤模型[43]，提出温度损伤演化方程，并得到当结构仅有温度荷载作用时基于指数函数损伤模型的温度损伤模型的演化方程。

2.5.3裂缝的防治

[44] 45]以实际工程的温度控制及裂缝防治为出发点，采用钢板桩围堰方式施工，其中承台模板采用竹胶板做模板板面较组合钢模的保温效果要好混凝土成品外观也较好但成本要高于组合钢模，详述冷却管的布置水平间距及竖向间距的确定，承台混凝土采用分段定点薄层浇筑循序推进的施工工序，后期的养护措施。详细确定了温控标准监控措施，布置测点仪器的埋设与观测，得到了实际工程中承台混凝土浇筑的温度数据与理论计算值比较结果较一致。

4 总结

通过对已有文献的综合分析，发现大体积混凝土温度场及温度应力的分析日趋完善全面，对于本课题的研究的意义表现在：

（1）有限元法分析原理及求解方法理论已经较为完善，这为应用有限元分析软件对结构离散化，准确模拟结构实际应力应变状况及边界条件提供

的理论支持。其中在求解三维不稳定温度场问题时可以运用显式和隐

式的解法。其中隐式解法要优于显式解法且其中向后差分法的精度较

高。

（2）水化热温度场的研究主要包括，混凝土水化热绝热升温，水化热温度场所产生的应力分布的研究，而对于各种计算参数，及四类边界条件对

计算结果的影响研究则相对较少，由于计算参数的选择不当及边界条

件的错误模拟造成的计算误差较大，已成为影响计算精度的主要因素。（3）为了降低混凝土水化热，以及降低混凝土的最大绝热升温温度，减少混凝土温度应力提高其抗裂性，对于混凝土的要求包括：减少水泥用量，

采用双参技术掺入粉煤灰以降低温升，选择较大粒径的骨料及减少砂

率，降低混凝土入模温度，采用冷却水，分层浇筑，进行蓄水养护并

在表层使用保温材料

（4）在混凝土箱梁的温度场计算分析，通过热瞬态分析以及热一结构耦合求解得到的箱梁温度场和温度应力场与箱梁实际温度场和温度应力场接

近。其中耦合方法分为直接耦合与间接耦合两种。直接法是用包含温

度和位移自由度的有限单元，通过一次求解，得出藕合场的温度和应

力分析结果。间接法又可称序贯耦合法，计算分析分布实施，通过把

温度场分析的结构作为结构场分析的载荷，来实现两种场的耦合.

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部标准.铁路桥涵设计规范（TBJ2-85）第一版.北京：铁道出版社，

1985,101－121

[2] Emerson.m.bridge temperatures estimated from the shade temperature laboratory report 696,transportion road research laboratory,crowthore, 1976:2-32

[3] Cervera.Thermo-Chemo-MeehaniealModelforConerete[J].Joumalof EngineeringMechanies，1999，125(9):1018一1027

[4] Ramezankhani,m.and Waldron,p.segmental construction of bridges

:differential temperature effects in the cogan spur viaduct.report Nno.UBCE/C/91/10,University of Bristol,Departmentof Civil Engineering,1991,11:1-8

[5] SHiu.K.N.andTabatabai,H.Measured thermal response of concrete

box-girder bridge.Transportation Research Record 1460 National Research Council,Washington,D.C.,1993:94-105

[6] Emannuel,J.H.and Hulsely,J.L.Temperature distributiona in composite-bridges.Journal of Structural Division,ASCE,

1978,104(1):65-78

[7] Berwanger,C.Transient thermal behavior of composite bridge,Journal of Structural Engineering,ASCE,1983,109(10):2325-2339

[8] Elbadry,M.and Ghali,A.Temperature viriations in conctete bridges,Journal of StructuralEngineering,ASCE,1983,109(10):

2355-2374

[9] Moorty,S.and Roeder,C.W.Temperature dependent bridge movements,Journal of StructuralEngineering,ASCE,1992,118(4):

1090-1105

[10] Saetta,A.Scotta,R.and Vitaliani,R.Sress analysis of concrete structures subjected to Variablethermal loads Journal of

structural Engineering,ASCE,1995,121(3):446-457

[11] ElllborgM.，BernanderS.Assessment ofriskthermalerackinginhar dingeoncrete[J].Joumalof StruetUreEngineering，1994，120(10)

:2893一2911

[12] Elbadry,M.and Ghali,A.Thermal stresses and cracking of concrete bridges,ACI Journal,November-December,1986:1001-1009

[13] 洪锦如，桥梁结构计算力学，同济大学出版社，1998年。

[14] 陈永光，三维对流扩散问题的有限元计算，重庆大学硕士学位论文，2006年5月

[15] 袁飞, 用面向对象方法实现三维弹性体的有限元与边界元耦合, 重庆大学硕士学位论文,2005年5月

[16] 朱伯芳，大体积混凝土温度应力与温度控制，中国电力出版社，1998

[17] 梅甫良曾德顺，混凝土结构非稳态温度场的新解法，水利学报，2002年9月

[18] 程世鹏, 混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析, 重庆大学硕士学位论文,2007年4月。

[19] 李强，桥梁大体积混凝土结构温度应力及其敏感性因素分析，长安大学硕士学位论文，2009年

[20] 考虑温度影响的混凝土绝热温升表达式, 朱伯芳,水利发电学报，2003年

第二期

[21] 混凝土绝热温升和热传导方程的新理论,张子明，宋智通，河海大学学报，2002年5月

[22] 混凝土水化热瞬态温度场数值计算过程中的水化放热规律及水化速率问题, 李东,潘育耕，西安建筑科技大学学报，1999年9月。

[23] 刘连新黄世敏, 高性能混凝土水化热实验研究,建筑技术，2003年，第一期，

[24] 邓世贵，厚壁高墩水化热温度应力研究，重庆大学硕士学位论文，2009年

5月

[25] 刘文燕、黄鼎业、华毅杰，混凝上表面对流换热系数测试研究.建筑材料学报，2004

年第6期.

[26] 北京迈达斯技术有限公司用户手册

[27] 王振波，宋修广，混凝土基础底板温度场及温度应力分析，南京建筑工程学院学报，1999年第四期

[28] 侯红梅, 大跨径预应力混凝土箱梁预制过程中温度效应及孔道压浆技术研究,山东大学硕士学位论文，2009年5月

[29] 李欣然,斜拉桥主塔中下塔柱连接段水化热温度一应力场分析,中外公路，2010年4月。

[30] 查进, 高性能混凝土防裂技术与耐久性研究,武汉理工大学博士学位论文，2008年5月。

[31]吴穊源超大跨度斜拉桥索塔受力分析与施工控制，长沙理工大学硕士学位论文，2009年5月。

[32]周婷大跨度斜拉桥的施工仿真计算与风险评估，北京交通大学硕士学位论文，2009年6月。

[33] 康为江钢筋混混凝土箱梁日照温度效应研究，湖南大学硕士学位论文，2000年12月。

[34] 任海涛预应力混凝土连续箱梁施工监控中温度效应的研究,长安大学硕士学位论文

[35] 黄毅混凝土连续箱梁日照温度场及温度效应研究，武汉理工大学，2009年6月

[36] 蔡建波，混凝土坝水管冷却效果的有限元分析水力学报，1985年，第4期。

[37] 张小川，桥梁大体积混凝土温控与防裂，西南交通大学研究生硕士学位论文，2006年6月。

[38] 混凝土水管冷却温度场的计算方法, 朱岳明，徐之青，长江科学院院报，2003年4月。

[39] 刘吉波, 斜拉桥索塔温度场分析及索塔裂缝温变特性研究,武汉理工大学硕士学位论文，2008年5月。

[40] 冯涛, 大体积混凝土桥墩基础的温度裂缝控制, 西南交通大学硕士学位论文，2002年10月。

[41]王顶堂大体积混凝土早起裂缝控制及其技术应用研究，合肥工业大学硕士学位论文，2008年11月。

[42]劳宇，混凝土水化热温度损伤研究，河海大学硕士学位论文，2006年6月。

[43] 王振波.混凝土温度损伤模型研究[D].南京:河海大学，2001.10.

[44] 田克平灌河大桥索塔承台大体积混凝土的施工与温度控制, 公路,2005年10月第 10期。

[45] 刘吉柱深圳湾公路大桥索塔承台高性能大体积混凝土裂缝控制,公路，2007年12月第12期。