【摘要】用MIDAS/GEN软件建立模型,分析了水管冷却6种工况下大体积混凝土内部的温度和应力变化.结果表明:设置冷却水管可以有效控制混凝土内部的温度峰值;冷却水管的水平间距越小,水管距混凝土中部越近,管中注入水流初始温度越低,对温度的控制越有利.
随着我国建筑业的不断发展,高层和超高层建筑已经越来越普遍,大体积混凝土基础也愈发常见地应用其中。大体积混凝土施工由于混凝土使用量大、体积庞大、施工条件复杂,除了要满足常见的强度、钢度、稳定性外,还要特别注意其裂缝的扩散[1]。
大量的资料表明,混凝土结构早期裂缝的产生与温度应力密不可分[2]。大体积混凝土在浇筑过程当中,由于混凝土量巨大,水泥反应产生大量水化热,这些热量使得大体积混凝土内、外部的温度急剧升高[34]。而混凝土的材料属性使得内部散热极其缓慢,外部温度降低较快,这样形成的温度应力容易诱发混凝土开裂。为了防止这种情况的发生,在大量的研究基础之上,人们提出了一些措施来控制大体积混凝土的温度场,如减少水泥的使用、分层浇筑、表面保温以及设置水管冷却等等[5]。其中,通过在将要施工的混凝土中预埋冷却水管,施工时注入循环水来减小因水化热而产生的温度上升是控制温度应力的一种重要且有效方法[6-7]。
本文通过MIDAS/GEN软件建立模型,分析了有无冷却水管、冷却水管之间不同间距以及水管循环水初始注入温度对温度场的影响。1模型与工况用MIDAS/GEN软件的水化热模块建立模型,模型尺寸为:基础11.2m8m1.8m;地基17.6m 12.8m2.4m。水泥采用低热硅酸盐水泥,外部环境温度为常温20。对混凝土模型浇筑后的1000h进行水化热分析,管冷作用于前100h。考虑到结构的对称性,取结构的1/4进行建模,模型如图1所示。根据有无水管冷却以及冷却水管之间的水平间距划分为6种工况如表1所示。表1中:d1为冷却水管距基础底部的距离;d2为冷却水管之间的水平间距。
工况1的管冷布置如图2和图3所示。2管冷间距及距基底距离对混凝土内部温度及应力的影响工况1、2、3的水管距基础底部距离相同,冷却水初始水温均设为15,工况6无管冷作用。根据控制变量法,分析水管水平间距对温度和应力的影响。根据工程实践经验,温度最大值一般出现在混凝土浇筑后第3~5d内[8]。工况1下混凝土100h时的温度分布如图4所示。由图4可见基础中下部温度较高。
分别选取基础的上、中、下3个编号分别为6、2402、448的节点(具体节点位置见图1)分析温度、应力及容许抗拉强度。工况1混凝土内部3节点的温度和应力变化分别如图5和图6所示。由图5可知,工况1的温度峰值是42.72,与外界环境温度20的温差小于能产生裂缝的理论温差25。由图6可知,工况1混凝土内部3点的应力数值均小于容许抗拉强度数值,说明工程是安全的。而工况2~6的温度峰值分别为43.55、44.06、45.69、45.77和52.85。只有工况2、3的温差小于25,是安全的,工况4~6的温差大于25,有开裂的危险。应力和容许抗拉强度曲线同样符合这一结论,工况2、3的应力数值小于容许抗拉强度值,而工况4~6的应力有大于容许抗拉强度的情况。其中工况6未设置冷却水管,温差大于25,说明在混凝土内部必须设置冷却水管。由工况1、2、3的温度峰midasGenpost-PROCESSORTEMPERATURE4.11023e+0013.88901e+0013.66779e+0013.44656e+0013.22534e+0013.00412e+0012.78290e+0012.56168e+0012.34045e+0012.11923e+0011.89801e+0011.67679e+001图4
工况1浇筑100h后的温度分布d2图3工况1的管冷布置基础地基62402448节点图1地基及基础分析模型冷却水管所在位置d1图2工况1的水管在基础中的位置。
