36 长 江 科 学 院 院 报 2011 年 式 中 :m 为 水 化 系 数 ;Q 0 为 每 m 3 混 凝 土 的 最 终 水 化 热 (kj/m 3 );m c 为 每 m 3 混 凝 土 中 的 水 泥 用 量 (kg/m 3 ), 此 处 为 311kg/m 3 ;Q 为 每 kg 水

第 28 卷 第 8 期 长 江 科 学 院 院 报 Vol.28 No.8 2011 年 8 月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Aug. 2 0 1 1 文 章 编 号 :1001-5485(2011)08-0035-06 环 境 温 湿 度 对 大 体 积 混 凝 土 影 响 的 数 值 模 拟 分 析 刘 志 勇 ( 徐 州 工 程 学 院 土 木 工 程 学 院, 江 苏 徐 州 221008) 摘 要 : 环 境 温 湿 度 的 变 化 及 其 在 大 体 积 混 凝 土 结 构 中 产 生 的 影 响 不 容 忽 视, 对 于 温 度 场 温 度 应 力 场 湿 度 应 力 场, 尤 其 是 整 体 结 构 应 力 场 的 分 析, 是 工 程 中 非 常 关 注 的 问 题 为 此, 选 取 理 想 的 球 形 大 体 积 混 凝 土 结 构, 仅 考 虑 环 境 温 湿 度 的 影 响, 用 ANSYS 软 件 依 次 对 该 结 构 的 温 度 场 温 度 应 力 场 及 湿 度 应 力 场 进 行 数 值 模 拟, 然 后 将 模 拟 得 到 的 温 度 应 力 场 与 湿 度 应 力 场 叠 加, 得 到 整 体 应 力 场, 并 对 模 拟 结 果 进 行 分 析 和 总 结 通 过 对 应 力 场 的 数 值 模 拟 分 析, 可 对 大 体 积 混 凝 土 浇 筑 后 裂 缝 的 开 展 有 一 定 的 预 见 性, 对 制 订 温 控 措 施 有 一 定 的 指 导 意 义 关 键 词 : 环 境 温 湿 度 ; 大 体 积 混 凝 土 ; 温 度 场 ; 温 度 应 力 场 ; 湿 度 应 力 场 ; 数 值 模 拟 中 图 分 类 号 :TV315 文 献 标 识 码 :A 大 体 积 混 凝 土 裂 缝 主 要 是 由 应 力 和 约 束 条 件 引 起 的, 且 应 力 是 主 动 因 素, 约 束 是 被 动 因 素, 而 大 体 积 混 凝 土 的 应 力 又 主 要 是 由 环 境 温 湿 度 的 变 化 引 起 的, 因 此, 要 研 究 环 境 温 湿 度 对 大 体 积 混 凝 土 裂 缝 的 影 响 规 律, 只 需 研 究 环 境 温 湿 度 对 大 体 积 混 凝 土 应 力 的 影 响 规 律 [1-3] 为 此, 本 文 只 考 虑 主 要 的 影 响 因 素 环 境 温 湿 度 的 变 化, 不 考 虑 重 力 分 层 浇 筑 和 边 界 约 束 的 影 响, 对 理 想 的 球 形 大 体 积 混 凝 土 仅 在 环 境 温 湿 度 的 影 响 下 产 生 的 应 力 进 行 数 值 模 拟 与 分 析 [4] 1 有 限 元 建 模 及 边 界 条 件 以 中 心 对 称 半 径 为 3.6m 的 球 形 大 体 积 混 凝 土 体 为 基 础, 建 立 有 限 元 分 析 模 型 由 于 是 球 体, 所 以 采 用 四 面 体 单 元, 进 行 自 由 网 格 划 分, 共 划 分 了 833 个 节 点 和 3855 个 单 元, 建 立 的 有 限 元 模 型 见 图 1 图 1 有 限 元 分 析 模 型 Fig.1 FEM model 在 进 行 瞬 态 热 分 析 时, 选 取 的 热 分 析 单 元 类 型 为 三 维 Solid70 单 元 混 凝 土 的 导 热 系 数 取 3.2457 W/(m ), 考 虑 到 采 用 有 限 元 方 法 计 算 不 同 龄 期 温 度 场 时, 龄 期 不 是 以 s 而 是 以 d 为 单 位 的, 所 以 λ= 3.2457W/(m )=3.2457J/(s m )= 280.43kJ/(d m ); 密 度 ρ 取 2400kg/m 3 ; 比 热 c 取 0.976kJ/(kg ); 混 凝 土 与 空 气 之 间 的 对 流 换 热 系 数 h 取 2016kJ/(d m 2 ) 在 进 行 结 构 的 热 应 力 分 析 时, 选 取 的 结 构 分 析 单 元 类 型 为 三 维 Solid65 单 元 混 凝 土 的 泊 松 比 μ 取 0.167; 混 凝 土 热 膨 胀 系 数 α c 取 0.75 10-5 / ; 混 凝 土 不 同 龄 期 的 弹 模 E 由 以 下 公 式 选 取, E(t)=2.92 10 10 [1-exp(-0.40t 0.34 )] 为 方 便 研 究 环 境 温 湿 度 对 大 体 积 混 凝 土 温 湿 度 应 力 的 影 响 规 律, 不 考 虑 分 层 浇 筑 对 混 凝 土 温 湿 度 应 力 的 影 响 参 考 温 度 取 混 凝 土 的 浇 筑 温 度, 假 设 为 25.3, 即 混 凝 土 的 膨 胀 与 收 缩 都 是 以 25.3 为 参 考 点, 高 于 25.3 膨 胀, 低 于 25.3 收 缩 整 个 混 凝 土 体 的 球 面 上 均 存 在 空 气 和 混 凝 土 的 热 对 流, 属 于 热 分 析 中 的 第 3 类 边 界 条 件, 对 流 边 界 条 件 可 以 作 为 面 荷 载 ( 具 体 输 入 参 数 为 对 流 换 热 系 数 和 环 境 温 度 ) 施 加 于 实 体 的 表 面, 来 计 算 固 体 和 流 体 间 的 热 交 换 利 用 ANSYS 软 件 提 供 的 函 数 功 能 可 以 简 便 地 设 定 水 泥 的 生 热 率 函 数 为 f(t)=m Q 0 e -mt =m m c Q e -mt = 0.384 311 330 e -0.384t 收 稿 日 期 :2010 08 23 基 金 项 目 : 江 苏 省 建 设 系 统 科 技 指 导 项 目 (JS2008ZD06) 作 者 简 介 : 刘 志 勇 (1977 ), 男, 河 南 淮 阳 人, 讲 师, 工 程 师, 博 士 研 究 生, 主 要 从 事 建 筑 材 料 与 结 构 工 程 方 面 的 研 究,( 电 话 )13776786716 ( 电 子 信 箱 )zhiyongliu2000@163.com

36 长 江 科 学 院 院 报 2011 年 式 中 :m 为 水 化 系 数 ;Q 0 为 每 m 3 混 凝 土 的 最 终 水 化 热 (kj/m 3 );m c 为 每 m 3 混 凝 土 中 的 水 泥 用 量 (kg/m 3 ), 此 处 为 311kg/m 3 ;Q 为 每 kg 水 泥 的 最 终 水 化 热 (kj/kg), 普 通 硅 酸 盐 水 泥 在 t 时, 最 终 的 水 化 热 Q 一 般 取 330kJ/kg 水 化 系 数 m 随 混 凝 土 的 浇 筑 温 度 不 同 而 不 同, 浇 筑 温 度 25.3 时 m 取 0.384, 将 生 热 率 作 为 体 荷 载 施 加 于 单 元 上, 模 拟 水 泥 的 化 学 反 应 生 热 确 定 总 计 算 时 间 为 60d, 每 1d 计 算 一 次, 子 步 长 为 1d, 其 它 选 项 按 瞬 态 热 分 析 进 行 选 定, 进 行 分 析 计 算 2 温 度 场 的 模 拟 采 用 有 限 元 分 析 软 件 ANSYS 对 环 境 温 度 为 6, 21,36 的 情 况 分 别 进 行 数 值 模 拟 [5,6], 混 凝 土 浇 筑 温 度 均 取 25.3 由 于 整 个 混 凝 土 体 呈 中 心 对 称, 且 不 考 虑 重 力 的 影 响, 所 以 同 一 时 刻 球 面 上 任 意 一 点 的 温 湿 度 和 温 湿 度 应 力 都 分 别 相 等, 因 此, 只 选 择 球 心 点 和 球 面 上 任 意 一 个 节 点 进 行 分 析 球 心 点 节 点 编 号 和 坐 标 为 743(0,0,0), 选 取 的 球 面 点 节 点 编 号 和 坐 标 为 1(0,0,-3.6) 不 同 温 度 环 境 下 球 心 点 温 度 及 其 温 差 历 程 曲 线 见 图 2, 图 中 T-i 表 示 环 境 温 度 为 i,d-i-j 表 示 环 境 温 度 i 与 环 境 温 度 j 中 心 点 温 度 差 值 由 图 2 可 知, 对 于 不 同 的 环 境 温 度, 前 期 中 心 点 温 度 历 程 曲 线 都 急 剧 上 升, 环 境 温 度 为 6,21,36 的 混 凝 土 体 中 心 点 分 别 在 第 6,7,8 天 达 到 最 高 温 度, 最 高 温 度 分 别 为 54.5,55.9,57.9 环 境 温 度 较 高 时, 混 凝 土 体 最 高 温 度 出 现 的 时 间 较 晚 定 性 来 看, 环 境 温 度 越 高, 中 心 点 最 高 温 度 也 越 高, 不 过, 中 心 点 最 高 温 度 增 加 的 幅 度 远 小 于 相 应 环 境 温 度 增 加 的 幅 度 ; 定 量 来 看, 环 境 温 度 每 提 高 15, 球 心 点 最 高 温 度 图 2 球 心 点 温 度 及 其 温 差 历 程 曲 线 Fig.2 Time historycurvesoftemperatureand itsdiferenceatthecentralpoint 仅 提 高 2 左 右, 提 高 的 幅 度 仅 为 环 境 温 度 提 高 幅 度 的 13.3%, 为 了 从 理 论 上 解 释, 称 这 种 现 象 为 环 境 温 度 对 混 凝 土 体 内 部 温 度 影 响 的 弱 化 效 应 图 2 中 还 表 明,8d 之 后 温 度 均 开 始 下 降, 下 降 的 速 率 都 逐 渐 减 小, 环 境 温 度 低 的 比 环 境 温 度 高 的 下 降 速 率 快, 最 终 有 下 降 到 各 自 环 境 温 度 的 趋 势 温 差 历 程 曲 线 表 明, 从 开 始 到 最 后, 中 心 点 温 度 差 值 是 一 直 在 增 加 的, 最 终 有 增 加 到 环 境 温 度 差 值 的 趋 势 这 主 要 是 由 于 混 凝 土 是 热 的 不 良 导 体, 外 界 环 境 温 度 影 响 混 凝 土 中 心 区 域 比 较 慢 的 缘 故, 这 种 现 象 称 之 为 环 境 温 度 对 混 凝 土 体 内 部 温 度 影 响 的 滞 后 效 应 图 3 是 36 温 度 环 境 下 第 8 天 过 球 心 剖 面 上 的 温 度 云 图, 从 中 可 以 看 出, 由 于 球 形 混 凝 土 体 呈 中 心 对 称, 所 以 在 距 球 心 相 同 的 距 离 处, 混 凝 土 的 温 度 都 是 相 等 的, 中 心 温 度 较 高, 向 外 温 度 逐 渐 降 低 图 3 36 环 境 第 8 天 过 球 心 剖 面 上 温 度 云 图 Fig.3 Temperaturenephogram ofequatorial planeunder36 inthe8thday 图 4 给 出 不 同 温 度 环 境 下 球 心 点 和 球 面 点 的 温 度 历 程 曲 线, 由 于 中 心 大 量 水 化 热 的 积 聚, 混 凝 土 又 是 热 的 不 良 导 体, 中 心 积 聚 的 热 量 不 易 向 外 散 失, 外 界 环 境 温 度 也 不 易 影 响 到 中 心 点, 所 以 中 心 点 温 度 均 急 剧 上 升, 分 别 在 第 6,7,8 天 达 到 最 大 值, 再 往 后 温 度 开 始 下 降, 下 降 的 速 率 逐 渐 减 小, 环 境 温 度 越 低, 到 第 60 天 时 下 降 的 幅 度 越 大 相 比 之 下, 球 面 点 与 周 围 空 气 接 触, 周 围 空 气 温 度 对 球 面 点 温 度 影 响 比 较 大, 而 混 凝 土 浇 筑 温 度 均 为 25.3, 若 浇 筑 温 度 比 周 围 空 气 温 度 高 很 多, 混 凝 土 自 身 的 水 化 热 不 足 以 克 服 混 凝 土 的 降 温, 其 温 度 就 很 快 降 低 ; 若 浇 筑 温 度 与 周 围 空 气 温 度 比 较 接 近, 混 凝 土 由 于 自 身 的 水 化 热 而 突 然 上 升 一 点, 而 后 其 温 度 就 缓 慢 降 低 ; 若 浇 筑 温 度 比 周 围 空 气 温 度 低 很 多, 空 气 传 热 再 加 上 混 凝 土 自 身 的 水 化 热 使 其 温 度 急 剧 上 升, 而 后 其

第 8 期 刘 志 勇 环 境 温 湿 度 对 大 体 积 混 凝 土 影 响 的 数 值 模 拟 分 析 37 温 度 就 缓 慢 降 低 总 的 来 说, 无 论 何 种 温 度 环 境 下, 球 面 点 温 度 都 很 快 趋 近 于 环 境 温 度 25, 即 从 36 增 加 到 61 环 境 温 度 为 61 时 通 过 ANSYS 模 拟 可 知, 内 外 温 差 确 实 已 经 很 小 了 但 是 环 境 温 度 又 不 能 无 限 制 地 增 加, 为 了 降 低 混 凝 土 的 内 外 温 差, 与 表 面 保 温 对 应 的 就 是 内 部 降 温 内 部 降 温 主 要 包 含 两 方 面 的 含 义 : 降 低 浇 筑 温 度 与 预 埋 冷 却 水 管 降 温 3 温 度 应 力 场 的 模 拟 图 4 温 度 历 程 曲 线 Fig.4 Time historycurvesoftemperature 图 5 给 出 了 不 同 温 度 环 境 下 混 凝 土 体 内 外 最 大 温 差 的 历 程 曲 线 由 图 可 知, 对 于 不 同 的 温 度 环 境, 最 大 温 差 都 是 先 急 剧 增 大, 最 大 温 差 出 现 的 时 间 一 般 比 最 高 温 度 出 现 的 时 间 推 迟 一 天, 而 后 逐 渐 减 小, 但 减 小 的 速 率 逐 渐 放 慢 环 境 温 度 为 6,21, 36 时, 内 外 最 大 温 差 分 别 为 44.7,32.2,20.1, 环 境 温 度 越 低, 混 凝 土 体 内 外 最 大 温 差 越 大, 环 境 温 度 每 升 高 15, 内 外 最 大 温 差 可 降 低 12 左 右, 这 说 明, 较 高 的 环 境 温 度 能 降 低 混 凝 土 体 的 内 外 温 差 为 此, 可 采 用 表 面 保 温 法 来 延 缓 大 体 积 混 凝 土 的 表 面 散 热, 以 变 相 提 高 环 境 温 度, 从 而 降 低 混 凝 土 体 的 内 外 温 差, 这 从 另 外 一 个 角 度 解 释 了 大 体 积 混 凝 土 表 面 保 温 法 的 原 理 当 然, 工 程 上 应 用 表 面 保 温 的 主 要 目 的 是 为 了 降 低 气 温 的 变 化 ( 变 幅 ) 对 混 凝 土 表 面 的 影 响 本 模 拟 采 用 热 应 力 耦 合 的 间 接 法, 即 先 进 行 热 分 析, 求 出 不 同 龄 期 的 温 度, 然 后 将 热 分 析 求 得 的 节 点 温 度 作 为 体 载 荷 施 加 在 结 构 应 力 分 析 中, 进 而 求 出 相 邻 龄 期 的 温 差, 然 后 用 对 应 时 刻 的 弹 性 模 量 求 出 该 相 邻 龄 期 弹 性 温 度 应 力 的 增 量, 最 后 将 所 计 算 的 应 力 值 叠 加 后 得 到 对 应 龄 期 的 弹 性 温 度 应 力, 从 而 计 算 出 应 力 结 果 [3,7] 确 定 总 计 算 时 间 为 60d, 每 1d 计 算 一 次, 子 步 长 为 1d, 其 它 选 项 按 热 应 力 分 析 的 要 求 进 行 选 定 由 于 球 形 混 凝 土 体 呈 中 心 对 称, 且 不 考 虑 分 层 浇 筑 及 重 力 的 影 响, 所 以 温 度 场 和 温 度 应 力 场 都 是 中 心 对 称 的 考 虑 到 对 大 体 积 混 凝 土 裂 缝 起 控 制 作 用 的 主 要 是 S1( 第 一 主 应 力 ), 下 面 将 主 要 对 S1 的 分 布 规 律 进 行 分 析 图 6 给 出 了 不 同 温 度 环 境 下 的 球 心 点 和 球 面 点 S1 历 程 曲 线, 由 图 6 可 知, 与 球 心 距 离 大 于 某 个 数 值 的 混 凝 土 是 一 直 承 受 拉 应 力 的, 且 拉 应 力 先 增 大 后 减 小, 拉 应 力 峰 值 出 现 的 时 间 超 前 于 球 心 温 度 峰 值 出 现 的 时 间 ; 与 球 心 距 离 小 于 某 个 数 值 的 混 凝 土 是 一 直 承 受 压 应 力 的, 且 压 应 力 先 增 大 后 减 小, 压 应 力 峰 值 出 现 的 时 间 滞 后 于 球 心 温 度 峰 值 出 现 的 时 间 这 和 一 些 实 际 大 体 积 混 凝 土 工 程 模 拟 结 果 的 区 别 是 : 前 者 与 球 心 距 离 小 于 某 个 数 值 的 混 凝 土 是 一 直 承 受 压 应 力 的 ; 而 后 者 是 内 部 混 凝 土 先 承 受 压 应 图 5 混 凝 土 体 内 外 最 大 温 差 历 程 曲 线 Fig.5 Time historycurvesofmaximum temperature diferencebetweentheinternalandexternalconcrete 进 一 步 分 析 可 知, 环 境 温 度 为 36 时, 内 外 最 大 温 差 为 20.1, 在 此 基 础 上 要 使 内 外 温 差 再 降 低 20.1, 即 降 低 到 0, 环 境 温 度 就 要 上 升 约 图 6 不 同 温 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 Fig.6 Time historycurvesofs1historyunder diferenttemperatures

38 长 江 科 学 院 院 报 2011 年 力, 后 来 又 承 受 拉 应 力 这 主 要 是 由 于 在 混 凝 土 体 降 温 阶 段, 实 际 大 体 积 混 凝 土 工 程 受 到 边 界 条 件 的 约 束, 在 把 压 应 力 抵 消 完 后 就 会 产 生 拉 应 力 图 7 和 图 8 给 出 了 不 同 温 度 环 境 下 球 心 点 和 球 面 点 的 S1 历 程 曲 线 由 图 7 和 图 8 可 知, 对 于 同 一 个 节 点, 环 境 温 度 越 高,S1 历 程 曲 线 越 靠 近 横 坐 标 轴 这 说 明, 无 论 该 节 点 受 压 还 是 受 拉, 环 境 温 度 越 高, 其 压 应 力 或 拉 应 力 都 越 小 通 过 将 不 同 温 度 环 境 下 球 心 点 和 球 面 点 S1 的 最 大 值 分 别 进 行 比 较 可 知, 环 境 温 度 从 36 降 到 21 及 从 21 降 到 6, 球 心 点 压 应 力 或 球 面 点 拉 应 力 将 分 别 增 加 60% 和 40% 左 右 而 混 凝 土 抗 压 强 度 很 高, 抗 拉 强 度 很 低, 所 以, 环 境 温 度 越 高, 对 大 体 积 混 凝 土 越 有 利 浇 筑 及 重 力 的 影 响, 故 湿 度 场 和 湿 度 应 力 场 都 是 中 心 对 称 的 考 虑 到 内 部 区 域 的 湿 度 是 由 内 向 外 逐 步 渗 透 的, 随 时 间 的 推 移, 混 凝 土 湿 度 逐 渐 减 小, 且 混 凝 土 体 内 部 区 域 的 湿 度 始 终 高 于 外 界 区 域 由 湿 度 场 和 湿 度 应 力 场 可 知, 混 凝 土 体 内 部 湿 度 场 和 湿 度 应 力 场 等 值 线 的 分 布 均 呈 球 形 分 布 图 9 给 出 了 不 同 湿 度 环 境 下 的 球 心 点 和 球 面 点 的 S1 历 程 曲 线, 由 图 9 可 知, 无 论 环 境 湿 度 如 何, 球 心 点 一 直 受 压, 且 压 应 力 先 增 大 后 减 小 ; 球 面 点 一 直 受 拉, 且 拉 应 力 先 增 大 后 减 小 图 中 也 表 明, 距 球 心 点 越 远, 混 凝 土 内 部 一 定 区 域 压 应 力 越 小, 边 缘 一 定 区 域 拉 应 力 越 大 这 与 实 际 大 体 积 混 凝 土 工 程 数 值 模 拟 结 果 的 区 别 是, 混 凝 土 发 生 干 缩 时, 后 者 受 到 边 界 条 件 的 约 束, 所 以 都 产 生 拉 应 力 ; 而 前 者 在 发 生 干 缩 时, 没 有 受 到 任 何 边 界 约 束, 外 围 区 域 的 拉 应 力 只 有 靠 内 部 区 域 的 压 应 力 才 能 平 衡 掉, 也 就 是, 由 于 混 凝 土 产 生 自 约 束 的 缘 故, 才 会 出 现 混 凝 土 内 部 一 定 区 域 是 一 直 受 压 的 图 7 球 心 点 不 同 温 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 Fig.7 Time historycurvesofs1atthecentralpoint underdiferenttemperatures 图 8 球 面 点 不 同 温 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 Fig.8 Time historycurvesofs1atthesurface underdiferenttemperatures 4 湿 度 应 力 场 的 模 拟 根 据 湿 度 应 力 场 理 论 与 温 度 应 力 场 理 论 控 制 微 分 方 程 系 统 中 存 在 的 相 似 性 [8,9], 利 用 温 度 应 力 场 理 论 的 有 限 元 软 件 来 分 析 湿 度 应 力 场 问 题 在 具 体 计 算 中, 设 单 位 重 量 的 含 水 率 W=0 表 示 绝 对 干 燥 或 相 对 湿 度 为 0% 状 态,W=1 表 示 饱 和 含 水 或 相 对 湿 度 为 100% 状 态 下 面 将 对 环 境 湿 度 为 0.3,0.6 及 0.9 的 情 况 分 别 进 行 数 值 模 拟, 设 混 凝 土 刚 浇 筑 完 毕 时 相 对 湿 度 为 1 确 定 总 计 算 时 间 为 60d, 每 1d 计 算 一 次, 子 步 长 为 1d, 进 行 分 析 计 算 由 于 球 形 混 凝 土 体 呈 中 心 对 称, 且 不 考 虑 分 层 图 9 不 同 湿 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 Fig.9 Time historycurvesofs1under diferenthumidities 图 10 和 图 11 给 出 了 球 心 点 和 球 面 点 的 不 同 湿 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 由 图 10 和 图 11 可 知, 对 于 同 一 个 节 点, 环 境 湿 度 越 高,S1 历 程 曲 线 越 靠 近 横 坐 标 轴 这 说 明, 无 论 该 节 点 受 压 还 是 受 拉, 环 境 湿 度 越 高, 其 压 应 力 或 拉 应 力 都 越 小 通 过 计 算 可 知, 图 10 球 心 点 不 同 湿 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 Fig.10 Time historycurvesofs1atthecentral pointunderdiferenthumidities

第 8 期 刘 志 勇 环 境 温 湿 度 对 大 体 积 混 凝 土 影 响 的 数 值 模 拟 分 析 39 图 11 球 面 点 不 同 湿 度 环 境 下 S1 历 程 曲 线 Fig.11 Time historycurvesofs1at thesurfaceunderdiferenthumidities 环 境 湿 度 从 0.9 降 到 0.6 及 从 0.6 降 到 0.3, 混 凝 土 内 部 应 力 将 分 别 增 加 300% 和 75% 而 混 凝 土 抗 压 强 度 很 高, 抗 拉 强 度 很 低, 所 以, 环 境 湿 度 越 高, 对 大 体 积 混 凝 土 越 有 利 5 温 度 应 力 场 与 湿 度 应 力 场 的 叠 加 选 取 最 高 和 最 低 2 种 温 度 环 境 与 最 高 和 最 低 2 种 湿 度 环 境 进 行 组 合, 共 有 4 种 组 合 方 式 温 度 应 力 场 与 湿 度 应 力 场 叠 加 后 球 心 点 和 球 面 点 的 S1 历 程 曲 线 见 图 12 和 图 13 由 图 12 和 图 13 可 知, 温 度 相 同 时, 湿 度 越 大,S1 历 程 曲 线 越 靠 近 横 坐 标 轴, 即 压 应 力 或 拉 应 力 都 越 小 ; 湿 度 相 同 时, 温 度 越 高,S1 历 程 曲 线 越 靠 近 横 坐 标 轴, 即 压 应 力 或 拉 应 力 都 越 小 而 混 凝 土 是 受 压 材 料, 其 抗 压 强 度 很 高, 抗 拉 强 度 很 低, 可 见, 在 混 凝 土 浇 筑 温 度 一 定 时, 高 温 高 湿 的 环 境 有 利 于 大 体 积 混 凝 土 降 低 应 力 避 免 产 生 裂 缝 图 中 也 说 明, 环 境 温 度 对 S1 历 程 曲 线 的 峰 值 应 力 影 响 较 大, 对 后 期 应 力 影 响 较 小 ; 环 境 湿 度 对 中 后 期 S1 历 程 曲 线 的 应 力 都 有 影 响, 但 影 响 都 不 是 很 大 该 球 体 混 凝 土 与 实 际 大 体 积 混 凝 土 工 程 应 力 场 模 拟 结 果 的 区 别 是 : 前 者 中 心 点 应 力 是 一 直 受 压 的, 表 面 点 应 力 是 一 直 受 拉 的 ; 而 后 者 中 心 点 是 先 受 压, 然 后 受 拉 产 生 区 别 的 原 因 主 要 是, 后 者 受 到 边 界 条 件 的 外 约 束, 而 前 者 未 受 到 外 约 束, 只 有 靠 内 约 束 来 平 衡 内 力 图 12 球 心 点 温 度 与 湿 度 应 力 场 叠 加 后 的 S1 历 程 曲 线 Fig.12 Time historycurvesofs1atthecentralpoint underoverlaidtemperatureandhumiditystresfields 图 13 球 面 点 温 度 与 湿 度 应 力 场 叠 加 后 的 S1 历 程 曲 线 Fig.13 Time historycurvesofs1atthesurfaceunder overlaidtemperatureandhumiditystresfields 6 结 论 (1) 环 境 温 度 越 高, 混 凝 土 体 内 部 温 度 也 越 高, 但 内 外 最 大 温 差 越 小 对 于 同 样 尺 寸 的 混 凝 土 体, 同 样 的 浇 筑 温 度, 环 境 温 度 每 升 高 15, 内 外 最 大 温 差 可 降 低 12 左 右, 从 而 说 明 了 大 体 积 混 凝 土 表 面 保 温 法 的 原 理 从 理 论 上 解 释, 滞 后 效 应 和 弱 化 效 应 分 别 从 时 间 和 空 间 上 反 应 了 环 境 温 度 对 混 凝 土 体 内 部 温 度 影 响 的 规 律 (2) 无 论 环 境 温 度 如 何, 对 于 边 缘 区 域, 大 体 积 混 凝 土 是 一 直 受 拉 的, 且 拉 应 力 先 增 大 后 减 小, 环 境 温 度 越 高, 同 一 节 点 的 拉 应 力 越 小 如 果 大 体 积 混 凝 土 不 受 任 何 边 界 外 约 束, 则 内 部 区 域 是 一 直 受 压 的, 环 境 温 度 越 高, 同 一 节 点 的 压 应 力 越 小 总 之, 环 境 温 度 越 高, 对 混 凝 土 这 种 受 压 材 料 防 止 温 度 裂 缝 越 有 利 (3) 利 用 湿 度 应 力 场 与 温 度 应 力 场 之 间 的 相 似 性, 采 用 ANSYS 中 的 热 分 析 模 块 模 拟 湿 度 应 力 场 问 题 通 过 模 拟 可 知, 对 同 一 个 节 点, 环 境 湿 度 越 高, 其 应 力 越 小, 对 混 凝 土 这 种 受 压 材 料 防 止 裂 缝 越 有 利 (4) 如 果 大 体 积 混 凝 土 不 受 任 何 边 界 外 约 束, 温 度 相 同 时 湿 度 越 大, 或 湿 度 相 同 时 温 度 越 高, 均 可 以 得 到 压 应 力 和 拉 应 力 都 越 小 在 混 凝 土 浇 筑 温 度 一 定 时, 高 温 高 湿 的 环 境 有 利 于 大 体 积 混 凝 土 降 低 应 力 避 免 产 生 裂 缝 参 考 文 献 : [1] 王 铁 梦. 工 程 结 构 裂 缝 控 制 [M]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,1997.(WANGTie meng.crackcontrolofengi neeringstructure[m].beijing:chinaarchitecture& BuildingPres,1997.(inChinese)) [2] 刘 志 勇. 大 体 积 混 凝 土 水 闸 墙 温 度 场 有 限 元 分 析 [J]. 徐 州 工 程 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),2008,23(4):7-14.(LIUZhi yong.finiteelementanalysisoftempera turefieldofamasiveconcretesluicewal[j].journal ofxuzhouinstituteoftechnology(naturalscienceedi tion),2008,23(4):7-14.(inchinese)) [3] 张 亮 亮, 赵 亮, 袁 政 强, 等. 桥 墩 混 凝 土 水 化 热 温 度

櫥 櫥 櫥 櫥 櫥 櫥 櫥 櫥 櫥 櫥 40 长 江 科 学 院 院 报 2011 年 有 限 元 分 析 [J]. 重 庆 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),2007, 30(10):73-76.(ZHANG Liang liang,zhao Liang, YUANZheng qiang,etal.temperaturefieldfiniteele mentanalysisofpierconcrete[j].journalofchongqing University(NaturalScienceEdition),2007,30(10): 73-76.(inChinese)) [4] WUYong.NumericalImplementationofTemperatureand CreepinMasConcrete[J].FiniteElementsinAnalysis anddesign,2001,37(2):97-106. [5] 邵 红 艳, 竺 润 祥, 任 茶 仙. 结 构 温 度 场 和 温 度 应 力 场 的 有 限 元 分 析 [J]. 宁 波 大 学 学 报,2003,l6(l):57-60. (SHAO Hong yan, ZHU Run xiang, REN Cha xian. ThermalStructuralAnalysisbyFEM[J].JournalofNing bouniversity,2003,16(1):57-60.(inchinese)) [6] 朱 伯 芳. 大 体 积 混 凝 土 温 度 应 力 与 温 度 控 制 [M]. 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社,1999.(ZHUBo fang.temperature StresandControlofMasConcrete[M].Beijing:China ElectricPowerPres,1999.(inChinese)) [7] 张 松 涛, 李 民.ANSYS 在 分 析 混 凝 土 结 构 温 度 场 及 温 度 应 力 中 的 应 用 [J]. 中 国 水 运 ( 理 论 版 ),2006,4 (5):54-56.(ZHANGSong tao,limin.applicationof ANSYS in Concrete Structure Temperature Field and TemperatureStres[J].ChinaWaterTransport,2006,4 (5):54-56.(inChinese)) [8] 缪 协 兴, 杨 成 永, 陈 至 达. 膨 胀 岩 体 中 的 湿 度 应 力 场 理 论 [J]. 岩 土 力 学,1993,14(4):49-55.(MIU Xie xing, YANG Cheng yong, CHEN Zhi da. Humidity StresFieldTheoryofSwelingRock[J].SoilandRock Mechanics,1993,14(4):49-55.(inChinese)) [9] 缪 协 兴. 湿 度 应 力 场 理 论 的 耦 合 方 程 [J]. 力 学 与 实 践,1995,17(6):22-24.(MIU Xie xing.couplede quationofhumiditystresfieldtheory[j].mechanics inengineering,1995,17(6):22-24.(inchinese)) ( 编 辑 : 周 晓 雁 ) NumericalSimulationandAnalysisontheImpactofEnvironmental TemperatureandHumidityonMasiveConcrete LIUZhi yong (SchoolofCivilEngineering,XuzhouInstituteofTechnology,Xuzhou 221008,China) Abstract:Theinfluenceofenvironmentaltemperatureandhumiditychangecannotbeignoredinmasiveconcrete structures.muchatentionispaidtotheanalysisontemperaturefield,thermalstresfield,humiditystresfield, andespecialyitstotalstresfield.inviewofthis,anidealsphericalmasconcretestructureisselected,andthe temperaturefield,temperaturestresfieldandhumiditystresfieldarenumericalysimulatedsuccesivelythrough ANSYSonthepremiseofconsideringonlytheimpactofenvironmentaltemperatureandhumidity.Furthermore, thermalstresfieldandthehumiditystresfieldareoverlaidtoobtainthetotalstresfield.resultsofthesimulation areanalyzedandconclusionisputforward.throughthenumericalsimulationofstresfield,thecrackdegradation ofpouredmasiveconcretecanbepredictedsoastoformulatetemperaturecontrolmeasures. Keywords:environmentaltemperatureandhumidity;masiveconcrete;temperaturefield;thermalstresfield; humiditystresfield; numericalsimulation 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫊 櫥 櫥 简 讯 长 江 科 学 院 开 展 洞 庭 湖 防 洪 蓄 洪 管 理 系 统 试 点 建 设 数 据 采 集 工 作 2011 年 7 月 6-12 日, 长 江 科 学 院 空 间 信 息 研 究 所 对 洞 庭 湖 区 共 双 茶 垸 大 通 湖 东 垸 和 钱 粮 湖 垸 进 行 了 为 期 7 天 的 数 据 采 集 工 作 本 次 数 据 采 集 是 长 江 科 学 院 空 间 信 息 研 究 所 开 展 洞 庭 湖 区 防 洪 蓄 洪 管 理 系 统 试 点 建 设 本 底 数 据 布 点 的 基 础 工 作 在 与 当 地 水 利 局 举 行 的 座 谈 会 上, 就 该 项 目 数 据 采 集 类 型 及 采 集 地 点 进 行 了 讨 论, 最 终 确 定 工 作 重 点 为 采 集 三 大 垸 中 重 点 安 全 区 内 涵 闸 电 排 站 安 全 区 围 堤 及 防 汛 物 资 储 备 库 的 影 像 纹 理 坐 标 等 该 项 目 的 开 展, 将 洞 庭 湖 区 地 形 工 情 灾 情 和 湖 泊 水 文 方 面 的 信 息 装 入 计 算 机, 在 虚 拟 环 境 下 对 洞 庭 湖 区 宏 观 概 貌 以 及 各 种 信 息 作 全 视 角 多 层 次 的 查 询 分 析 决 策 发 布, 为 洞 庭 湖 管 理 机 构 制 定 科 学 规 划 防 汛 抗 旱 调 度 水 资 源 综 合 利 用 水 利 工 程 和 水 行 政 管 理 提 供 辅 助 决 策 支 持 平 台 环 境, 提 高 洞 庭 湖 水 利 事 业 的 科 学 化 信 息 化 水 平 本 次 数 据 采 集, 通 过 实 地 走 访, 对 三 大 垸 内 水 利 设 施 种 类 数 量 有 了 直 观 认 识, 为 系 统 的 建 设 积 累 了 丰 富 的 本 底 资 料 ( 摘 自 长 江 水 利 科 技 网 )