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高速铁路斜拉桥塔座大体积混凝土三维温度—应力场分析及施工控制

作　者: 崔容义
导　师: 何旭辉；丘斌
学　校: 中南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 大体积混凝土水化热热应力有限元仿真温度控制
分类号: U444
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高标号、大体积混凝土的裂缝控制问题是在国内外都是一项技术难题。由于水化速率高,导热性能差,内部水化热不易散发,常常造成大体积混凝土因里表温差过大而产生温度应力,导致其结构表面出现有害裂缝。本文以南广铁路郁江双线特大桥塔座大体积混凝土为研究对象,探讨了水化热温度敏感参数对其水化热温度-应力场的影响规律,并结合现场实测,得到了混凝土水化热发展的时程曲线及一般规律。主要工作如下：1.对大体积混凝土温度控制的必要性及意义进行了阐述,对大体积混凝土产生温度裂缝的主要机理进行了总结,并介绍了大体积混凝土防裂技术研究的发展概况等。2.对数值分析所依据的水化热分析理论以及水化热温度-应力场的的数值计算公式分别进行了介绍,并阐述了大体积混凝土的传导方程、边界条件、变分原理等。3.通过建立塔座大体积混凝土的有限元分析模型,探讨影响大体积混凝土水化热温度场的敏感参数,如混凝土不同入模温度、不同浇筑方式、冷却水管布置形式以及冷却水水温等对大体积混凝土水化热温度及热应力的影响,并总结出一些有益的结论。4.根据理论分析结果,制定适于工程实际的温控方案及温控措施,同时伴随施工,在塔座内部控制部位布置水化热传感器,对其进行实时监测,及时指导施工。监控结果表明,数值计算结果与现场实.测数据吻合良好,规律一致,温控措施起到了预定的裂缝防控效果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 大体积混凝土温度控制的必要性  9-10
  1.2 大体积混凝土裂缝产生机理  10-11
  1.3 大体积混凝土防裂研究发展及现状  11-13
  1.4 课题来源及工程背景  13-16
    1.4.1 课题来源  13
    1.4.2 工程背景  13-15
    1.4.3 气象资料  15-16
    1.4.4 施工资料  16
  1.5 本文主要研究内容  16-18
第二章大体积混凝土水化热分析理论  18-30
  2.1 热力学传导方程  18-20
  2.2 大体积混凝土的温度计算理论  20-22
    2.2.1 混凝土的绝热温升计算理论  20-21
    2.2.2 混凝土的导温系数  21
    2.2.3 混凝土表面对流系数  21-22
    2.2.4 水泥水化热  22
  2.3 初始条件和边界条件  22-24
  2.4 瞬态温度场有限元计算原理  24-29
    2.4.1 空间不稳定温度场的显式解法  25-27
    2.4.2 空间不稳定温度场的隐式解法  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章大体积混凝土水化热敏感参数研究及应力分析  30-60
  3.1 引言  30
  3.2 塔座大体积混凝土水化热有限元分析的数值模型  30-33
    3.2.1 混凝土配合比及材料热特性  30-31
    3.2.2 数值有限元分析模型的建立  31
    3.2.3 边界条件的处理  31-32
    3.2.4 热源函数的定义  32
    3.2.5 冷却水的模拟  32
    3.2.6 数值计算的主要假设  32-33
  3.3 冷管参数对温度场的影响  33-42
    3.3.1 改变冷却水管布置方式  33-38
    3.3.2 冷却水流量的影响  38-39
    3.3.3 冷却水温度的影响  39-41
    3.3.4 冷管间距的影响  41-42
  3.4 浇筑参数对温度的影响  42-50
    3.4.1 方案一计算结果分析  42-44
    3.4.2 方案二计算结果分析  44-45
    3.4.3 方案三计算结果分析  45-47
    3.4.4 方案四计算结果分析  47-50
  3.5 塔座大体积混凝土温度应力分析  50-58
    3.5.1 大体积混凝土温度应力的定义及产生原因  50
    3.5.2 塔座温度应力场计算结果及分析  50-58
  3.6 本章小结  58-60
第四章塔座大体积混凝土水化热现场监测与成果分析  60-75
  4.1 前言  60
  4.2 承台大体积混凝土温控具体实施方案  60-62
    4.2.1 温度监控检测工作顺序  60-61
    4.2.2 监测仪器及元件  61
    4.2.3 测点布置及检测基本要求  61-62
  4.3 塔座大体积混凝土现场监测及结果对比  62-64
    4.3.1 埋设监测元件  62
    4.3.2 现场监测要求  62-63
    4.3.3 温度控制标准  63
    4.3.4 现场监测的具体应对措施  63-64
  4.4 塔座水化热现场监控结果分析  64-68
    4.4.1 实际浇筑方案计算结果简述  64-65
    4.4.2 实测数据与理论结果对比  65-68
  4.5 现场实景  68-74
  4.6 本章小结  74-75
第五章大体积混凝土施工过程温度控制技术研究  75-80
  5.1 前言  75
  5.2 现场温度控制措施  75-78
    5.2.1 混凝土配合比设计及原材料选择  75
    5.2.2 混凝土浇筑温度的控制  75-76
    5.2.3 冷却水管的埋设及控制  76
    5.2.4 里表温差控制  76-77
    5.2.5 养护  77
    5.2.6 施工控制  77-78
  5.3 本章小结  78-80
第六章结论与展望  80-82
  6.1 结论  80-81
  6.2 展望  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
攻读学位期间的主要研究成果  87

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