水化热参数化分析
水化热讲解
第一章设计说明第二章大体积混凝土承台水化热有限元分析2.1 概论2.1.1 大体积混凝土定义目前国际上对大体积混凝土仍无一个统一的定义。
就如美国混凝土学会的定义：任何就地现浇的混凝土，其尺寸到达必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂的，称之为大体积混凝土。
又如日本建筑学会对大体积混凝土的标准定义：结构断面最小尺寸在80cm以上；水热化引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土。
而我国《大体积混凝土施工规范》认为，混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土属于大体积混凝土。
由以上可见，大体积混凝土主要是依靠结构物的断面尺寸和水化热引起的温度变化来定性的。
2.1.2 大体积混凝土温度裂缝成因施工期间水泥的水化热作用，在其浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段。
大体积混凝土自身有一定的保温性能，因此在升温期其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多,而在降温期内部降温速度又比其表层慢得多,在这些阶段中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界环境温度约束的作用，在混凝土内产生的温度应力是相当复杂的。
由于混凝土的抗拉能力比较弱，一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。
因此必需掌握其水化热的变化规律，从而为混凝土配合比的修改及养护方案的制定提供依据。
2.1.3 本章研究的主要内容(一)利用MADIS有限元软件建立大体积混凝土承台模型，并对其进行仿真水化热计算。
(二)对其水化热进行参数分析。
2.2 承台仿真分析2.2.1 工程基本概况松柏山水库特大桥位于松柏山水库上游，为贵安新区黔中大道（三期）道路工程的一个控制性桥梁。
左、右幅主桥均采用100+180+100m （桥梁中心线对应跨径）变截面预应力混凝土连续刚构桥，墩顶梁高12.0m ，跨中梁高4.2m ，采用挂篮悬浇施工。
基于ANSYS的大体积混凝土的水化热模拟研究
基于ANSYS的大体积混凝土的水化热模拟研究一、概览话说这大家伙儿混凝土，可是咱们建筑行业里头的顶梁柱呢！它不仅结实耐用，而且造型多样，满足了咱们各种建筑需求。
然而混凝土的诞生可不是一蹴而就的，它是经过无数科学家和工程师的努力研究、实验、改进才逐渐发展起来的。
这其中大体积混凝土作为一种特殊的混凝土形式，因其施工难度大、质量要求高等特点，一直是建筑工程领域的研究热点。
那么大体积混凝土的水化热问题又是个啥情况呢？别着急接下来咱就来详细说说这个话题。
1.1 研究背景和意义随着社会的发展和科技的进步，大体积混凝土在建筑领域的应用越来越广泛。
然而大体积混凝土的水化热问题一直是困扰工程界的一个难题。
水化热是指水泥与水反应产生的热量，这种热量在一定程度上会影响混凝土的性能和使用寿命。
因此研究大体积混凝土的水化热规律，对于提高混凝土结构的抗裂性、耐久性和安全性具有重要意义。
ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以模拟各种物理现象和过程。
利用ANSYS对大体积混凝土的水化热进行模拟研究，可以更直观地了解其内部发生的热力学过程，为实际工程提供有力的理论支持。
此外这种方法还可以避免因现场条件限制而导致的实际试验结果与理论预测之间的误差，提高工程质量。
1.2 国内外研究现状嗨，亲爱的读者朋友们！让我来和大家分享一下关于大体积混凝土的水化热模拟研究的最新进展。
你知道吗这个课题在国内外的研究现状中一直备受关注，研究成果也是五花八门，各有千秋。
首先让我们看看国内的研究现状，近年来随着科技的发展和社会需求的变化，大体积混凝土的应用越来越广泛。
然而其水化热效应如何，能否通过模拟进行预测，一直是困扰我们的难题。
国内的一些学者们对此进行了深入研究，提出了一系列的观点和方法，为我们理解和利用大体积混凝土提供了新的视角。
然后我们再来看看国外的研究情况，由于文化背景和科研环境的不同，国外的研究风格和方法也有所不同。
一些国外的研究者更倾向于直接实验验证，他们设计了各种实验方案，通过对比实验结果来分析大体积混凝土的水化热效应。
midas civil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。
尤其是咋此过程中温度对其裂缝的影响。
大体积混凝土水化热分析与监测
大体积混凝土水化热分析与监测[摘要]：采用 Midas FEA NX有限元软件建立模型，通过水化热分析得出筏板大体积混凝土浇筑后不同时间的的温度分布图，现场同时进行数字化智能监测,实时温度监测得到的实测数据对比软件模型计算数据。
通过上述手段，可以有效地、准确地对大体积混凝土进行监测。
[关键词]：筏板；大体积混凝土；数字化智能监测；水化热分析0 引言随着工程建设的需要，筏板也逐渐往大厚度、大体积的方向发展。
筏板大体积混凝土在混凝土浇筑过程中产生的水化热反应容易导致温度和收缩应力变化较大，产生对结构自身的有害裂缝。
本文以某项目为例，对筏板大体积混凝土的水化热进行数值模拟，计算其温度分布，对比得出最大温升位置，从而对该位置温度变化进行分析。
1 分析对象本工程地下室共二层，筏板厚度600mm、1800mm、2500mm，根据《GB50496 大体积砼施工规范》，1000mm以上筏板属大体积混凝土施工。
其中，B栋主楼核心筒部位筏板厚度2.5m，非核心筒部位筏板厚度0.6m。
此筏板长约34.4m，宽约20.9m，大筏板布置有12个电梯井基坑及2个集水井，导致大筏板洞边现浇C40P8混凝土厚度较深且体积较大，厚度最厚处达到7.2m，最薄处为2.5m，剖面位置见图1。
大体积混凝土的设计配合比，常规参照以往项目经验，得出的结果不准确，而利用有限元软件模拟计算优化的混凝土设计配合比，计算出的数据较为准确，有利于质量控制。
浇筑后，规范规定温控监测每昼夜不少于4次，频率低，未能反应温度变化数值的及时性、有效性，导致误差较大，而利用数字化智能监测手段，数据实时上传至软件平台，每间隔15min～60min测量记录温度1次，并设置报警值，方便及时反应、采取措施。
图1 分析区域位置图2 分析目的本工程B塔楼核心筒区域筏板混凝土体积大。
大体积混凝土浇筑时，混凝土的内部会释放出大量的水化热，导致温度急剧上升，产生较大的温度应力。
由于筏板厚度、各部位散热条件等不同，因此筏板内各点温度存在一定差异。
基于COMSOL有限元模拟大体积混凝土温度裂缝研究
基于COMSOL有限元模拟大体积混凝土温度裂缝研究吴建辉;周双喜【摘要】为控制基础大体积混凝土施工因水化热过大产生的温度裂缝,在对筏板基础大体积混凝土施工温度监测的基础上,采用有限元软件comsol对筏板基础进行温度场仿真模拟分析,研究筏板基础温度变化曲线及温度场随时间变化规律.模拟结果表明:采用有限元软件comsol 对筏板基础进行温度模拟,模拟结果与实测数据基本吻合,说明可以用数值模拟方法,预测大体积混凝土在不同浇注温度及导热系数影响因素下温度变化趋势.【期刊名称】《珠江水运》【年(卷),期】2018(000)024【总页数】3页(P80-82)【关键词】筏板基础;浇筑温度;导热系数;数值模拟【作者】吴建辉;周双喜【作者单位】江西省航务勘测设计院;华东交通大学土木建筑学院【正文语种】中文水坝、筏形基础等大体积混凝土结构因混凝土尺寸较大，水泥水化热散失较慢，混凝土浇筑后因内外温差过大，产生较大温度应力使混凝土产生表面裂缝，严重的将造成深层裂缝或贯穿裂缝。
因此对大体积混凝土温度影响因素进行研究，无论是对建筑物的耐久性还是使用寿命均有重要意义。
在混凝土配合比设计中，掺加一些改性材料可以减少混凝土的水化热，降低混凝土最大温度，减少混凝土裂缝的产生。
近年来计算机模拟仿真发展迅速，通过模拟仿真的方法研究大体积混凝土温度裂缝，对控制温度裂缝的研究提供了新途径。
本文以实际工程为例建立筏形基础模型，以瞬态热传导方程为基础，将模型导入comsol模拟筏板基础温度变化，与实测数据进行对比分析。
推测其产生裂缝的原因，再模拟分析不同导热系数和浇筑温度时大体积混凝土温度变化规律，并对其产生影响效果进行对比分析，可为预防大体积混凝土开裂提供理论依据。
1．工程概况及实测数据1.1 工程概况某大型筏形基础，基础埋深12m，基础平面尺寸为48m×48m，厚度2.2m，筏板中心局部厚度3.2m。
混凝土设计强度为C40，选用P.S32.5R级水泥，28d抗压强度为41.4Mpa。
midas FEA适用工程及高端指南
桥梁支座处边界条件
[ 定义钢束 ]
(3) 预应力损失具体参数 ① 管道摩擦系数 : µ=0.25 (1/rad.) ② 局部偏差系数 : k=0.0050 (1/m) ③ 锚具变形 : 6.0 (mm)
1/4 结构对称面的边界处理 [ 边界条件 ]
2
midas FEA Case Study Series
目录
一．midas FEA 适用工程系列资料
01. 矮塔斜拉桥详细分析
01
02. 桥梁冗余度分析
08
03. 钢桥盖梁与主梁连接部详细分析
13
04. 主塔索鞍的详细分析
18
05. 悬索桥锚固端详细分析
21
06. 地铁车站火灾分析
28
07. 弯桥的翘曲应力分析
33
08. 预应力钢筋锚固区详细分析
36
09. 大跨满堂支架桥梁安全性分析
39
10. 桥梁的二维 CFD 分析
46
MIDAS Technical Paper
in Civil Engineering
二．midas FEA 高端分析操作指南
01. 钢桥材料非线性分析
53
02. 水化热参数化分析
60
03. 钢桥的疲劳分析
75
04. 热传导及热应力分析
80
05. 预应力箱梁桥抗裂分析
ǁ支座反力的横向分布情况 ǁ腹板的剪应力分布情况 ǁ腹板以及顶板的轴力传递情况
2. 桥梁信息
2.1 桥梁几何信息
(1) 本例题桥梁基本信息如下。
主梁类型： 桥梁跨径： 桥梁宽度： 斜交角度：
三跨连续PSC箱梁 L = 85.0+155.0+ 85.0 = 325.0 m B = 23.900 m 90˚(直桥)
基于MIDAS-CIVIL 的桥梁大体积混凝土水化热分析与施工控制
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。
midas civil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。
尤其是咋此过程中温度对其裂缝的影响。
大体积混凝土水化热
材料名称
密度（kg/m3）
导热系数 [W/(m•k)]
矿棉，岩棉 沥青矿棉毡 泡沫塑料 膨胀珍珠岩
油毡 膨胀聚苯板
空气 泡沫混凝土
110-200 100-160 20-50 40-300
15-25
0.031-0.05 0.033-0.05 0.035-0.052 0.019-0.042
0.05 0.042 0.03 0.1
传热2
1 仅由容易透风的材料组成（如草袋、稻草板、锯末、砂子） 2.6
3
2 由易透风材料组成，但在混凝土面层上再铺一层不透风材料 2
2.3
3
在易透风保温材料上下铺一层不透风材料
1.6
1.9
4
在易透风保温材料上下铺一层不易透风材料
1.3
1.5
5 仅由不易透风材料组成（如油布、帆布、棉麻毡、胶合板） 1.3
研究对象：
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应用有限元法计算温度应力是，应考虑荷载、温度变化、徐变和自身体积变化所引起的节点 荷载增量，主要的研究目的 有如下几点： 1.热传导分析
2 分析方法与参数定义
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2.参数定义
基于midas civil桥梁承台大体积混凝土温度应力对裂缝的影响及控制
J IANZHUCAI LAO９８４㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第６期收稿日期:２０１９Ｇ０９Ｇ２６;修改日期:２０１９Ｇ１１Ｇ２７作者简介:过海明(１９９４－),男,安徽庐江人,硕士研究生在读．基于M i d a sC i v i l 桥梁承台大体积混凝土温度应力对裂缝的影响及控制过海明,㊀高㊀鹏(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥㊀２３０００９)摘㊀要:桥梁由于自重较大,为了承受上部较大荷载,故需要做成较大的承台来承受上部荷载.故属于大体积混凝土范畴,在大体积混凝土浇筑过程中容易在内部产生热量的累积,中心部位与外界形成较大的温度差,若温度应力超过混凝土自身的抗拉极限则会有裂缝产生,故对大体积混凝土的水化热以及温度应力的研究具有重要意义.采用大型有限元M i d a sC i v i l 软件来计算该桥梁承台施工期内部热传导及温度应力场,并根据结果分析得出不出现温度裂缝的温度控制方案和有针对性的温控措施.关键词:基础;大体积;混凝土;M i d a sC i v i l;水化热中图分类号:U ４４３．２５㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０１９)０６Ｇ０９８４Ｇ０３０㊀引㊀㊀言随着我国经济迅速的发展,大型桥梁日新月异,已经逐渐出现在我们的视野中,虽然我国的设计师在对桥梁的设计和施工有巨大的突破,但是在大体积基础施工过程中仍然存在很多技术上难题,比如大体积混凝土承台的温度控制问题.[１]各国对大体积并没有形成一个统一的概念,但是都是对混凝土的尺寸㊁温度和裂缝进行限制性来定义的.大体积结构在施工时,混凝土总用方量大,在施工过程中技术要求高,难度大,并且由于外部环境也会带来很多问题,对模板强度要求比较高,内部集聚大量的热量,极易使结构物或者构筑物产生温度裂缝.因为平面方向尺寸非常大,在水平方向在温度应力作用产生的力也愈大,若对于温度产生裂缝的措施控制不当,当温度应力超过混凝土容许的应力值时,裂缝产生的可能性就大幅度提高.在施工过程中,裂缝产生有很多原因,但主要是温度和收缩,温度裂缝是由于胶凝材料在水化过程中热,而在内部热量集聚,温升大,基本可以达到７０ħ以上.升温速率高,降温速率低,当温度应力超过混凝土的容许的应力时,易产生表面裂缝或贯穿裂缝.收缩而产生的裂缝是由于配合比中水和水泥使用量较高,导致混凝土中骨料使用量较低,在胶凝材料以及骨料干硬过程中的收缩产生的应力非常大,当收缩产生的应力超过混凝土容许应力就会产生裂缝.１㊀工程概况本文以的某桥梁大体积承台为研究对象,该承台为矩形,平面的尺寸为２０．５m１６m .承台的高度为６m .在本工程中所采用的水泥为低热水泥,混凝土C ３５等级,水和胶凝材料的比为０．３９,砂率为３７％,单位体积水泥使用量为２３０k g .施工期间当地平均气温为２０ħ,混凝土容重为２４００k g/m ３,其他混凝土相关参数如表１.表１㊀混凝土相关参数２８d 抗压强度/M P a２８d 弹模/M P a泊松比比热容/[J /(k għ)]传热系数/[J /m h ħ]热膨胀系数对流系数/[k J /(m ２ h ħ)]３５３．３ˑ１０４０．１８９６０１００００１．０ˑ１０－５１２２㊀M i d a sC i v i l 软件进行水化热分析理论在对混凝土水化热分析时,可使用M i d a sC i v i l 进行建模分析,依据能量守恒的热平衡方程原理,能够模拟的施工的全过程,包括前期的分层分块浇筑,冷却的水管布置情况,散热规律以及混凝土的收缩和徐变等复杂的影响因素.使用有限元来模拟各个节点的温度随时间的变化,并导出其他相关的物理参数.[２]对于混凝土的水化热分析,常用的分析过程是进行热传导和温度应力分析.热传导分析是针对胶凝材料水化过程中的放热㊁传导和对流等随龄期的变化的趋势.[３]温度应力分析是对节点的温度进行等价转化,再对节点部分进行加载,再分析结构随龄期应力变化的趋势.[４]３㊀建模与结果分析３．１㊀建模在M i d a sC i v i l 模型中,依据表１参数将承台模拟成具有一定传热速率的结构.由于该承台结构模型具有高度对称性,所以我们仅对四分之一模型进行建模和分析,降低过程分析所４８９J IANZHUCAI LAO㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第６期９８５㊀使用的时间,便于观察内部温度㊁应力的变化情况.[５]这里的冷却水管的间距为１m ,可布置６层.整个模型有１００６７个单元,结点总数为１１５９４个.建立的有限元分析模型和冷却水管的布置如图１㊁图２所示.图１㊀１/４承台有限元模型图２㊀１/４承台冷却水管平面布置３．２㊀结果分析３．２．１㊀温度情况分析通过对模型分析计算可得,可清晰看出浇筑１２０h 时,最大温度的时候温度场的分布情况,如图３所示.图３㊀１/４承台浇筑１２０d 温度场分布可取最高温度处,在混凝土浇筑的第５d 左右出现,最高温度为５１．２ħ,符合规范条件.承台的表内温度差情况如图４所示,分析可知,承台表内温差最大值约２０ħ,满足规范不大于２５ħ的要求.图４㊀承台表内温差变化曲线３．２．２㊀应力情况分析由导出的应力变化图可得,许用应力一直处于实际温度应力曲线上方,则许用应力大于温度应力,符合规范的条件,不会有裂缝产生.具体变化曲线图如图５所示.图５㊀承台表面最大应力变化曲线４㊀裂缝控制方案及措施控制４．１㊀从材料角度控制裂缝从材料角度进行控制,具体提出以下几点:(１)可以合理使用减水剂,考虑高效减水剂的使用,目前在市场上种类繁多,但是基本性能都差异不大,均可增强混凝土和易性,减少水的使用量,利于其泵送和浇筑.也可以减少水泥使用量,节约水泥,达到经济性要求.同时高效减水剂对水泥㊁粉煤灰㊁石子等混凝土原材料适应性好,不会对混凝土的后期的工作性能有影响.并且混凝土后期抗压强度增加效果显著.在工程及其试验过程中也可以对混凝土进行复配,反复调整减水剂和其他外加剂的比例,得到该工程的最佳减水剂使用量,同时也有良好的维持坍落度效果和抗冻效果等.[６]从而在保证混凝土性能基础上,达到经济型效果.(２)可以适当使用膨胀剂,膨胀剂具有补偿混凝土收缩的作用.[７]由于矿物掺合料的掺入限制混凝土的膨胀,而膨胀剂的加入刚好补偿刚好的收缩部分,从而降低了混凝土收缩可能性,降低混凝土产生裂缝产生的概率.在我国混凝土工程中,常用的膨胀剂有氧化钙㊁氧化镁类和金属类等.在实际工程中均得到广泛的使用,但是由于考虑到成本,要严格控制好外加剂用量,这样才能达到最佳的经济效益,才能符合实际工程的要求.４．２㊀从施工角度控制裂缝从施工角度进行控制,具体提出以下几点:(１)严格控制混凝土生产所用各种材料的温度,特别是胶凝材料,提前５－７天预留专用仓水泥㊁粉煤灰以及矿粉,降低胶凝材料在入机温度;严把粉煤灰的质量关,确保粉煤灰的各项指标合格.(２)不定期地对砂石原材料供应点进行考察,确保进场原材料货源稳定,对进场的骨料的质量严格把关,对骨料的相关参数做到每批次检测,不合格骨料一律退货.(３)若在高温期间进行大体积混凝土施工,为了避免因骨料温度过高,需要定时的对砂石骨料进行喷淋洒水以降低骨料温度,进而避免混凝土入模温度偏高的现象.(下转第９９６页)５８９GONGCHENGGUANL I９９６㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第６期励,让水厂员工有学习知识的途径及动力.通过培训和学习,使水厂管理人员掌握各类机械设备和消毒设备的操作规程,能独立地对水质进行日常检测[２].２．３㊀改变管理方式农村水厂 村办乡管 的管理体制已不能适应市场经济发展的要求,必须引入市场竞争机制,在保证公有资产不流失的前提下,认真策划水厂改制模式,按照 谁投资㊁谁受益 的原则,在统一规划㊁服从管理㊁水质保证㊁收费合理的前提下,采取 拍卖经营权 或实行 股份合作制 等形式对现有水厂进行改制[６].确定农村地区水厂的管理部门,制定新的管理体制,政府部门应该根据我国农村地区实际发展状况㊁水厂运维管理情况,实事求是的选择或建立合适的部门来进行管理,还要建立水厂规章制度来约束管理水厂工作人员.由于监管的力度不够,造成许多地区用水的安全问题,水质检测不达标.加大监管力度是必要的,保障老百姓安全用水应该放在第一位.３㊀结㊀㊀论综上,为了全面建成小康社会,提高农村人民的生活质量,保证老百姓的用水安全.要从根本的管理体制改革上寻找突破,引进和培养专业人才,制定合理的用水价格,提高水厂的整体工作效率,满足农村人民的生活需求.参考文献[１]㊀卢道山．宿迁市２０１２－２０１４年农村饮用水水质分析[J ]．江苏预防医学,２０１５,２６(６):９８－９９．[２]㊀易竞豪,王敦球．农村供水水厂运营管理中的问题及对策研究[J ]．工程经济,２０１７,２７(１１):４８－５２．[３]㊀程斌．浅谈农村水厂管理和运行中存在的问题及策略[J ]．中小企业管理与科技(中旬刊),２０１７(１０):３３－３４．[４]㊀廖永坤．农村水厂管理和运行中存在的问题及对策[J ]．四川水泥,２０１８(１０):１８８．[５]㊀罗江红．浅析农村饮水安全工程运行管理问题[J ]．湖南水利水电,２０１８(６):６６－６７．[６]㊀吕加宏．农村水厂存在的问题及对策探讨[J ]．江苏卫生保健,２００３(２):２６．(上接第９８５页)(４)对混凝土出厂坍落度进行严格控制,监控混凝土的坍落度损失.对混凝土到达现场的坍落度进行检测并严格控制,保持在合理的范围内,使混凝土易性良好,不发生分层或离析现象.对个别车辆混凝土坍落度较小,可由技术人员现场加入外加剂进行调节,严格禁止非技术人员加水调整坍落度.(５)大体积混凝土要进行连续作业,对连续供应的混凝土要求高.为了保证混凝土的施工要求,在项目浇筑混凝土期间,将实行外调以及试验人员２４h 现场值班制,以便于能够做到随时监控现场情况,确保现场不断料,不积压过多车辆,保证混凝土在施工过程中能够连续浇筑的同时也不至于由于混凝土等待时间过长导致混凝土出现坍损过大无法施工的现象出现.５㊀结㊀㊀论(１)M i d a sC i v i l 可以模拟桥梁承台建筑期间的温升,可以为实际工程提供方案和参考.同时我们也可以调节不同的冷却水管的铺设厚度,然后继续分析同一高度承台的表内温差.在实际工程中这样对裂缝控制的颇有意义.(２)在大体积混凝土施工过程中,尤为重视裂缝问题.可先进行配合比设计,再进行试配和优化,得到最佳配合比.对原材料的性质严格把关,水泥选择低热水泥,减少使用量,粗骨料选用连续级配,细骨料选择恰当的细度模数,并合理的使用外加剂.在浇筑过程中,施工管理人员也要对入模前的混凝土进行检测,对不合格的混凝土予以相应处理.可为以后同类型工程提供理论指导.参考文献[１]㊀王铁梦．工程结构裂缝控制[M ]．北京:中国建筑工业出版社,２０１７．[２]㊀张建飞．大跨度铁路钢混组合梁斜拉桥施工控制及关键技术[D ]．合肥工业大学,２０１４．[３]㊀刘耀东,白应华,余天庆,等．基于M I D A S 的大体积混凝土承台管冷技术优化研究[J ]．混凝土,２００９,３３(９):１１０－１１２．[４]㊀余建杰,宋固全,吴浪．基于M I D A S 的大体积混凝土桩承台温度场有限元分析[J ]．混凝土与水泥制品,２０１２,５(５):３４－３７．[５]㊀王新刚．大体积混凝土温度应力实用计算方法及抗裂工程实例[M ]．北京:人民交通出版社,２０１７．[６]㊀米永刚,刘茂社．聚羧酸减水剂复配试验研究[J ]．混凝土,２０１５(１０):１５８－１６０．[７]㊀彭江,徐志全,阎培渝．大体积补偿收缩混凝土中膨胀剂的使用效能[J ]．建筑材料学报,２００３(６):１４７－１５２．６９９。
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一．概要1. 水化热分析浇筑混凝土时，水泥在水化过程中产生大量热量会使混凝土的温度升高。
虽然随时间的推移混凝土的温度会慢慢冷却，但结构各个位置的温度下降速度不均匀，结构不同位置将发生相对温差，此温差会使混凝土发生温度应力。
温度裂缝发生类型混凝土浇筑初期，因内部温度升高将发生膨胀，但混凝土表面的温度下降较快，相对应变较小，从而使混凝土表面产生拉应力。
混凝土内部不同的温度分布引起的不同的体积变化而导致的应力称为内部约束应力。
此类拉应力裂缝主要发生在构件尺寸比较大的结构。
混凝土在高温状态下温度下降会发生收缩，但受到与其接触的已浇筑混凝土或者地基等的约束而产生的拉力，像这样变形受外部边界约束的状态称为外部约束。
此类应力主要发生在像墙这样约束度比较大的结构中。
利用温度裂缝指数预测温度裂缝韩国混凝土规范中使用温度裂缝指数（抗拉强度与发生的温度应力之比）i 值预测是否发生裂缝。
一般采用下面的值。
FEA程序的水化热分析水化热分析主要分为热传导分析和热应力分析。
.热传导分析主要计算水泥的水化过程中发热、传导、对流等引起的随时间变化的节点温度。
将得到的节点温度作为荷载加载后，计算随时间变化的应力称为热应力分析。
因此通过查看温度分布可以看出输入数据是否有误，如果温度分布没有问题可说明输出的应力结果也是正确的。
2. 水化热参数化分析水化热分析必须进行反复计算大体积混凝土的温度裂缝可以利用温度裂缝指数(Crack Ratio, Icr) 来验算。
温度裂缝指数要满足结构的重要性、功能、环境条件等因素的要求。
温度裂缝指数受水泥的类型、浇筑温度、养生方法等多因素的影响，所以需要对多种条件进行反复分析以找出最佳的浇筑方法。
参数化分析功能为比较多种条件的分析结果需要建立多个模型进行分析，分析结束后需要整理大量的分析结果、还要进行结果保存、对比等工作。
通过FEA的水化热参数化分析功能，可以实现一个模型多种条件分析。
可以大大减少单纯繁琐的反复分析过程，从而提高工作效率。
参数化分析的使用方法首先建立一个基本模型，在基本模型里使用替换变量的方式定义分析工况。
下图是把材料作为变量条件的示例，“Case I”为将混凝土C24变更为C30的工况，“Case II”为将混凝土C35变更为C40的工况。
| 参数化分析的构成|参数化分析里可以考虑的变量在水化热参数化分析的功能里可以调整的变量有五个，较常用的调整方法具体如下。
•施工阶段：降低浇筑高度缩小各阶段的温度差。
浇筑间距过小的话很难达到分段浇筑的效果，但如果太大分界面会产生较大的温差。
.•对流边界：对流系数较低时，热量不容易对外流失，可以减少内外温差。
•材料：使用弹性模量大的材料时，抗拉强度也较大，可增大裂缝指数。
•发热特性：是变量中最为敏感的因素, 定义水化过程中发生的热量。
•是否考虑自重：使混凝土产生压应力的荷载，在一定程度上可以减少拉应力，但效果不明显。
|温度裂缝指数与裂缝发生几率|裂缝指数(i) =混凝土抗拉强度发生的温度应力•防止裂缝发生时：1.5 以上•限制裂缝发生时：1.2 ~ 1.5•限制有害裂缝发生时：0.7 ~ 1.2输入混凝土的散热特性及浇筑条件等混凝土的温度应力裂缝指数ENDYesNo | 内部约束产生的裂缝（放热时）|| 外部约束产生的裂缝（冷却时）|二．建立基本模型1. 结构分析所需的数据水化热参数化分析如前面图形所示。
首先建立基本模型，通过在基本模型里定义“Used”和“New”的对应关系来定义分析工况。
| 进行参数化分析时输入变量的示意图|但是利用这种方法很难输入多个变量，虽然输入热源函数或对流系数函数很简单，但反复定义施工阶段和对流边界面的过程较繁琐。
为避免这种繁琐的定义过程，在定义水化热分析变量时，先不定义此两项。
而是先定义阶段工况，即按不同的施工方案定义不同的施工阶段工况，然后再对不同的阶段工况定义各自的材料、对流系数等。
| 进行参数化分析所输入的数据|1) 建立模型此操作例题主要介绍“水化热参数化分析”的方法，仅对于相关变量的输入、各种分析条件的定义、查看分析结果部分进行详细说明。
导入附件里的“HYD_Pier_Mesh.feb”模型文件。
¼对称模型施工阶段水化热分析模型一般单元数量较多，所以分析所需的时间也较长，而且还要进行多条件分析工况的分析，所以需要更多的分析时间。
如果模型属于对称模型，可以只建立¼模型以减少分析时间。
这样不但可以减少分析时间也有利于查看模型中心部位的分析结果。
2) 特性时间依存材料特性在FEA里可以考虑徐变/收缩特性和混凝土的抗压强度变化。
徐变计算方法可以选择用户定义或者使用规范的计算方法。
弹性模量折减方法是假设发生徐变，然后折减混凝土弹性模量的简易计算方法，一般的水化热分析里均使用这种方法。
因弹性模量折减方法只适用于水化热分析，为了避免在一般的施工阶段分析中误用，在水化热分析控制里单独定义。
采用弹性模量折减方法时，为了要指定计算徐变的单元（通过材料对话框中的相应选项将徐变函数与材料连接起来，然后通过给单元赋予材料将徐变函数与单元连接起来），需要任意定义一个徐变计算方法，但在这里定义的徐变计算方法并不参与水化热分析的徐变的计算。
Procedure1.名称: (C30)2.规范:(中国(JTG D62-2004)3.混凝土28天材龄抗压强度: (3.0e7)4. 点击[适用]5.名称: (C45)6.混凝土28天材龄抗压强度:(4.5e7)7.点击[确认]1操作步骤Procedure 分析> 分析控制...1.单位体系:确认指定为(N, m, J)操作步骤分析> 时间依存性材料> 徐变/收缩计算裂缝指数用的抗拉强度类型里选择“用户定义”后，用户可以通过表格自定义随时间变化的弹性模量、抗压强度、抗拉强度。
选择“设计规范”时，利用规范提供的公式计算弹性模量和抗拉强度。
利用抗拉强度计算温度裂缝指数。
混凝土抗压强度系数与水泥的种类有关，一般硅酸盐水泥a为4.5, b为0.95。
序列号名称抗压强度 a b1 C30_Normal 3.0e7 4.5 0.952 C45_Normal 4.5e7 4.5 0.95 序列号名称弹性模量泊松比膨胀系数重量密度徐变/收缩抗压强度1 Soil 1e7 0.2 1e-5 26000 - -2 C30_Normal 3.0e10 0.2 1e-5 24517 C30 C30_Normal3 C45_Normal 3.35e10 0.2 1e-5 24517 C45 C45_Normal序列号名称材料1 Soil 1: Soil2 Foundation 2: C30_Normal3 Pier 3: C45_Normal操作步骤Procedure分析> 时间依存性材料> 抗压强度1. 名称: (C30_Normal)2.类型: 设计规范3.规范: ACI4.混凝土28天抗压强度(f28) : (3.0e7)5. a : (4.5)6. b : (0.95)7.点击[适用]8.重复上面的步骤定义‘C45_Normal’的强度发展函数。
过程Procedure分析> 材料1.名称:(Soil)2.弹性模量: (1e7)3.泊松比: (0.2)4.膨胀系数. : (1e-5)5.重量密度:(26000)6.点击[适用]7.参考下表输入‘C30_Normal’和‘C45_Normal’特性。
Procedure1.点击下拉菜单选择3D。
2.参考下表定义三个特性。
操作步骤分析> 特性2地基-1: Soil 基础-2: Foundation 桥墩-3: Pier 3) 边界条件对称面边界条件对于Y-Z平面上的所有节点约束DX。
需要查看输入的对称边界条件时，可将网格显示为特征边线后查看。
如下图所示。
7操作步骤Procedure 分析> 材料1.点击“前视图”2.特性:(3D)3.选择“1:Soil”4.选择“3D Element(R)5.选择地基1710个单元6.点击[适用]7.重复上述过程定义基础和桥墩的特性。
5 41操作步骤Procedure分析> 边界条件> 约束1.点击“前视图”2.边界组: Sym3.选择Y-Z 对称面上的360个节点4. DOF : (T1)5.点击[适用]6.点击“左视图”7.选择X-Z对称面上的705个节点8.自由度: (T2)9.点击[确认]3固结边界条件水化热分析模型里建立地基时，一般将地基下部的边界条件设为完全固结。
混凝土产生的热量将充分地传递给地基，后续不再传递温度，也不存在温差，所以也不会发生相对位移。
为了让混凝土产生的热量充分地传递给地基，需要建立足够大的地基模型。
2. 热传导分析所需的数据1) 材料的热特性数据定义水化过程产生的热传递的特性。
模型单元内的热传导由比热和热传导率确定，单元外的散热由下一节定义的对流系数来确定。
| 一般岩体和混凝土的热工系数 |热传导率 (W / m2 ·°C)比热 (kJ / kg · °C)岩体 1.7 ~ 5.2 0.71 ~ 0.88 混凝土 2.6 ~ 2.81.05 ~ 1.26| 热工特性 |序列号 材料名称 热传导率 比热 1 Soil 3.45 784 2 C 30_Normal 2.7 1176 3C 45_Normal2.711765 5操作步骤 Procedure 分析 > 边界 > 约束1. 边界组 : Support2. 点击 “前视图”3. 选择地基的外部轮廓4. 点击 “左视图”5. 选择地基的外部轮廓6. 自由度 : (T1, T2, T3)实体单元没有旋转自由度所以只选择上述三个自由度。
7. 点击[确认] Procedure 1. 定义的材料列表里选择1:Soil 2. 点击 [修改] 3. 点击 [热工参数…] 4. 传导率 : (3.45) 5. 比热 : (784) 6. 点击 [确认]7. 参考下表输入混凝土的热特性值。
操作步骤 分析 > 材料2) 固定温度为了定义实体单元表面与外界的热传递关系，需要定义相应的对流边界条件。
固定温度边界、对流边界、绝热边界如下图所示。
3) 发热特性输入混凝土的绝热温度上升曲线。
混凝土的发热特性应根据材料配合比条件不同会有所不同，所以对于实际工程项目要进行绝热温度上升试验，然后在自定义类型里输入实验结果数据。
没有实验数据时可以根据混凝土规范里的说明输入数据。
固定温度隔热边界对流边界绝热边界输入DX，DY对称边界的部分。
不输入与外界的热传递关联数据时，自动认为是绝热边界。
仅单元内部进行热传递，不对外散热。