某高层建筑筏板基础大体积混凝土水化热温度分析.pdf

77石材2023年8 期SHICAI质量控制材某高层建筑筏板基础大体积混凝土水化热温度分析付婷婷，江锋（四川铁道职业学院，四川成都6 1 1 7 0 0）1工程概况某商业裙楼的5#楼，高达2 3 8 m，该项目5#底板按照国标GB50496-2018大体积混凝土施工规范的定义，属于大体积混凝土结构。该项目针对其大型筱板基础，混凝土采用C40P8，浇筑厚度为4 m，具体混凝土配合比见表1。浇筑地点为成都市，浇筑时间集中在2 月中旬，根据已有气象资料数据，成都市2 月历史大气平均温度为51 0，该公司出机砼温度为10，混凝土浇筑温度为5。2混凝土抗裂计算2.1温混凝土不同龄期弹性模量计算Eo=E（1-e-0 0），式中Eo一混凝土时龄期弹性模量（MPa）；E h 一混凝土弹性模量，取值为标准养护下2 8 d的弹性模量，值为3.2 51 0 N/mm。t 时混凝土龄期的弹性模量见表2。表2t时混凝土龄期的弹性模量（MPa）龄期3691215E0.771041.361041.801042.15 1042.41104龄期1821242730E2.61 1042.76 10*2.88 1042.961043.031042.2混凝土收缩相对变形值计算8,(t)=8,(1-0.01)M,M2M1式中：8,(t)一t时龄期混凝土收缩引起的相对变形值；8，一标准试验状态下混凝土最终收缩相对变形值，取4.0 1 0 4；e一常数，取2.7 1 8MM2M1一混凝土收缩变形不同条件下的影响修正系数，本工程根据施工方式和用料情况取值修正系数见表3 和表4。经计算得到收缩变形值如表5。表3 本工程修正系数取值MM2M3M4M5MMMgMM10Mu积值1.01.131.01.2见下表0.771.21.01.30.861.01.40表4 M5修正系数取值养护1234571014 18409090时间M51.111.091.07 1.041.000.96 0.930.930.932.3混凝土收缩相对变形值当量温度T,(t)=8,(t)/式中：T,(t)一t时龄期混凝土收缩值当量温度（）；,(t)一t时龄期混凝土收缩变形值;一混凝土的线膨胀系数，取1 0 1 0-6（1/）；各龄期收缩当量温差如表6 所示。表6 各龄期混凝土收缩当量温差（）龄期3691215T,(t)1.803.334.685.897.26龄期1821242730T,(t)8.589.8711.1212.3313.502.4混凝土综合温差绝对值 T(t)=4 T m(t)+T b m(t)+T a m(t)+T,(t)-T,(t)式中：T2(t)一t时龄期混凝土在降温过程中综合降温（）；Tm(t)一t时龄期混凝土内最高温度，取温度场计算值（）；Tbm(t)Tam(t)一t时龄期混凝土上下表层温度（）；T,(t)一t时龄期混凝土收缩当量温度（）；T(t)一混凝土浇筑后最终达到稳定时的温度，取施工期时大气平均温度5。各龄期混凝土最大综合温见表7。表1 混凝土配合比（kg/m）强度等级水胶比水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂防水剂聚丙烯纤维C40P80.4165240628379810208310.9作者简介：付婷婷（1 990 一）女，成都市人，四川铁道职业学院讲师。研究方向为建筑材料78STONE2023No.8STONE质量控制石材表5各龄期混凝土收缩变形值龄期36912158,(t)18.0 10633.31046.8 10-658.9 10672.6 10-6龄期18212427308,(t)85.8 10698.7 10111.210-6123.3 106135.0 10-6表7 各龄期混凝土最大综合温差（）龄期3691215AT2(t)17.8623.7326.7326.9626.08龄期1821242730AT:(t)25.2324.2623.7923.6824.622.5不同龄期混凝土温度（包括收缩）应力为：E(t)T(t)g(t)=-Sh(t)Rk1-u式中，(t)一t时龄期混凝土温度应力；E(t)一t时龄期混凝土弹性模量；一混凝土线膨胀系数，1010-6（1/C）；T(t)一t时龄期混凝土综合温差；Rk一外约束系数，取0.5；Sh(t)一龄期t时混凝土松弛系数；u一混凝土泊松比，取0.1 5；徐变松弛系数根据建筑施工手册进行取值，Sh(3)=0.57，Sh(6)=0.52,Sh(9)=0.48,Sh(12)=0.44,Sh(15)=0.41,Sh(18)=0.386,Sh(21)=0.368,Sh(24)=0.352,Sh(27)=0.339,Sh(30)=0.327。2.67不同龄期混凝土抗裂计算Fi(t)=fik(1-e)，式中Fu(t)一t时龄期混凝土的抗拉强度标准值（MPa）；f i k 一C40混凝土抗拉强度标准值，取值2.3 9N/mm；r 一系数，根据所用混凝土试验确定，无试验数据时取0.3；根据K=f(t)/计算得各龄期混凝土抗裂安全度计算结果如表8 所示。3温度效应分析3.1模型建立及参数设置本次模拟使用的软件是Workbench，集成了ANSYS经典的所有功能。设定筏板基础模型尺寸取80404m，基础下层为混凝土垫层，模拟尺寸1 2 0 4 0 4 m，在基础表面覆盖了一层塑料薄膜和8 cm厚麻袋片，然后对该模型施加温度场。本次主要研究混凝土在温度应力下的受力情况，并不是承受外部荷载的耐压破坏。所以，对钢筋进行了简化，忽略了钢筋的影响。将混凝土垫层与大体积混凝土筏板基础进行捆绑设置。将混凝土理论计算过程中所有参数在Workbench软件中进行设定，混凝土的密度p取2 4 0 0 kg/m；比热容c取0.96 kJ/(kgm)；导热系数入取2.3 3 W/(mK)；线膨胀系数取1 1 0 ；泊松比v取0.1 5；固体在空气中的传热系数u画取52 W/(mK)。图1 水化热有限元模型3.2温温度场及温度应力分布情况设置材料库模块、瞬态热分析模块和静力分析模块，并将混凝土的热参数和结构参数传递到瞬态热模块和之后耦合静力分析模块。定义完成后，将混凝土的绝热温升和外界温度加载到模型上，结果如图2。根据软件模拟结果，将不同龄期大体积混凝土的中心温度数值进行提取与混凝土热工计算进行对比，浇筑9d时，混凝土水化热中部温度最高，从中部向四周不断散热，随后温度逐渐缓慢下降，直至与环境温度相同。在进行温度一应力的耦合分析后，其应力与计算结果也大致吻合，如图3。4结论使用三掺技术配合骨料以及表面覆盖薄膜及麻袋布的措施，根据理论计算结果3 d到3 0 d，4 m 厚的混凝表8 t时混凝土松弛系数、抗拉强度标准值及安全系数龄期3612151821242730温度应力（MPa）0.460.981.361.501.511.491.451.421.401.44C40抗拉强度标准值（MPa）1.4181.9952.2292.3252.3632.3792.3862.3882.3892.39安全系数3.082.031.641.551.561.591.651.691.711.669SHICAI质量控制土板水化热所产生的温度峰值达到了3 2，并主要集中在浇筑后的第9 d，达到了预期的温控指标。其安全系数K值均大于1.1 5，从理论上验证了不会出现裂缝的情况。时间：6 day温度：30.3628.6526.9525.2423.5320.8318.1215.4113.7110.00X（a）瞬态热温度变化（6 d）时i:/2da温度：3146296337802597231421.3219.4916.6613.8310.00（b）瞬态热温度变化（1 2 d）时间：1 8 day温度：24.6223.5522.4821.4120.3418.2816.2114.1412.0710.00X（c）瞬态热温度变化（1 8 d）时il24day温度：18231.7.8717.5116.1515.7914.441308127211.3610.00（d）瞬态热温度变化（2 4d）大体和温凝十温度分布图2 大体积混凝土温度分布通过Workbench有限元模拟，设置合理化参数对该项目混凝土筏板基础的温度和应力进行了较为准确的预测，其温度模拟较为接近，应力模拟过程中9 d左右的混凝土筏板表面出现较大应力值，后期向四角开始扩展，需及时进行养护，做好防裂措施。时间：6 da热应力：Mpl0.940.840.730.630.520.420.310.210.100.00（a）热应力分布（6 d）时间：1 2 day热应力：Mpa1.521.331.171.000.830.670.500.210.170.00Z（b）热应力分布（1 2 d）时间：1 8 day热应力：Mpa1.491.321.150.990.820.660.490.330.160.00（c）热应力分布（1 8 d）时间：2 4day热应力：Mpa1.431.281.120.960.800.640.480.320.160.00（d）热应力分布（2 4d）图3 大体积混凝土应力分布参考文献1】刘芳.高层建筑基础大体积混凝土温度场及应力场有限元分析 D：天津大学，2 0 0 9.2王婷,杨建江,王磊.筏板基础混凝土水化热分析研究D.工业建筑(增刊)，2 0 1 8(48):3 43-3 45.3齐亚丽.大体积混凝土温度裂缝控制研究 D：吉林建筑大学,2018.4魏凤婷,郑骐。大体积混凝土温度裂缝的开展和控制D.四川水泥,2 0 1 6，(5):2 2 3.石材2 0 2 3 年8 期7