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筏板基础混凝土水化热及数值模拟研究
作 者: 穆春龙
导 师: 吴献
学 校: 东北大学
专 业: 结构工程
关键词: 大体积混凝土 水化热 筏板基础 温度场 有限元
分类号: TU755
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
随着我国高层建筑的兴起,基础底板大体积混凝土结构在现代工程建设中广泛应用,其性能及施工技术已成为工程界研究关注的热点之一。本文从实际工程出发,分析了在混凝土浇筑和固化前期,水化热形成的复杂的温度场,由此形成的温度应力易于导致结构非载荷性开裂,对该类结构的承载性能与安全使用寿命造成不可忽视的威胁。本文从混凝土28天龄期内水化热所形成的温度场及相关计算方法论证入手,结合工程实例,运用ANSYS有限元软件,对高层建筑筏板基础大体积混凝土的温度场进行热分析,初步仿真计算了筏板基础28天龄期内的温度分布规律,从而得到用计算方法预测的温度场,为实现温致开裂趋势评估和制订科学的降温施工工艺的目标提供了阶段性的成果。并对有限元分析中基本参数和边界条件的确定做了初步探讨,分析了水化热系数m、混凝土的导热系数、比热等对温度场的影响,通过与实测数据的对比,确定了高层建筑基础大体积混凝土各参数较适宜的取值范围。论文期间,制定了温度传感器的布置方案,自制温度传感器及温度巡回检测系统,对完成现场温度监控起到了重要作用,并有较广的拓展使用价值。现场测温获得的丰富数据规律对指导循环水降温和优化浇筑工艺起到了很好的作用。最后通过对实测数据和模拟数据的研究整理,分析了混凝土温度场的影响因素,同时提出了对进一步工作的构思与建议。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-11 第一章 绪论 11-19 1.1 引言 11-12 1.2 大体积混凝土概述 12-14 1.2.1 大体积混凝土的定义 12 1.2.2 大体积混凝土结构设计与施工特点 12-14 1.3 国内外研究现状 14-16 1.3.1 国外研究现状 14-15 1.3.2 国内研究现状 15-16 1.4 研究目的和意义 16-17 1.5 研究内容 17-19 第二章 混凝土温度场概述 19-31 2.1 传热学的研究对象和任务 19-20 2.2 热量传递的三种基本方式 20-21 2.2.1 导热 20 2.2.2 热对流 20-21 2.2.3 热辐射 21 2.3 温度场和温度梯度 21-22 2.4 混凝土温度应力的类型及特点 22-24 2.4.1 温度应力的类型 22 2.4.2 温度应力的特点 22-24 2.4.3 温度的变化过程 24 2.5 混凝土温度场的影响因素 24-27 2.6 水化温升致裂的机理 27-31 2.6.1 温度裂缝产生的原因 27-28 2.6.2 大体积混凝土开裂的主要影响因素 28-31 第三章 混凝土水化热温度场的监测与分析 31-47 3.1 引言 31 3.2 温度监测仪器简介 31-34 3.3 现场监测 34-39 3.3.1 工程概况 34-35 3.3.2 水化热温度场形成的原因及水化热温度场监测目的 35 3.3.3 温度监测仪器的选择与使用 35-37 3.3.4 测点布置 37-39 3.4 监测结果的分析 39-45 3.4.1 实际测点温度-时间曲线 40-44 3.4.2 基本规律分析 44-45 3.5 混凝土温度计算 45-47 3.5.1 最大绝热温升 45-46 3.5.2 混凝土中心计算温度 46-47 第四章 混凝土水化热温度场的有限元计算 47-60 4.1 大体积混凝土有限单元法概述 47-49 4.1.1 有限单元法概述 47-48 4.1.2 大体积混凝土温度场的求解方法 48 4.1.3 大体积混凝土有限元分析的优点 48-49 4.2 混凝土基本力学、热学性能 49-52 4.2.1 混凝土基本力学性能 49-50 4.2.2 混凝土的热学性能 50-52 4.3 混凝土温度场有限元计算 52-56 4.3.1 热传导方程 52-54 4.3.2 初始条件和边界条件 54-56 4.4 温度场的有限元法求解 56-60 4.4.1 瞬态温度场的计算 56-57 4.4.2 瞬态温度场在空间域的离散化 57-58 4.4.3 瞬态温度场在时间域的离散化 58-60 第五章 基于ANSYS的混凝土温度场分析 60-89 5.1 引言 60 5.2 仿真分析任务 60-61 5.3 仿真分析步骤 61-63 5.3.1 确定仿真对象 61-62 5.3.2 确定仿真计算的方案 62-63 5.4 ANSYS在大体积混凝土温度场仿真中的应用 63-67 5.4.1 ANSYS软件主要功能 63-64 5.4.2 ANSYS热分析简介 64-66 5.4.3 ANSYS在大体积混凝土前后处理中的应用 66-67 5.5 大体积混凝土仿真计算中的主要问题 67-68 5.6 工程实例 68-87 5.6.1 有限元计算基本假定 68 5.6.2 模拟技术基本方法 68-69 5.6.3 工程概况及模拟步骤 69-71 5.6.4 影响混凝土温度的热参数 71-83 5.6.5 模拟结果分析 83-87 5.7 影响大体积混凝土温度场的主要因素 87-89 第六章 结论与展望 89-91 6.1 结论 89 6.2 展望 89-91 附录 混凝土参数影响数值模拟命令流 91-97 参考文献 97-100 致谢 100-101 个人简历 101
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑施工 > 各项工程与工种 > 混凝土与加筋混凝土工程
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