针对大体积混凝土锚碇施工期温度控制比较困难的问题,基于瞬态温度场和温度应力场有限元仿真计算理论,依托非线性有限元程序ANSYS,从某大桥大体积混凝土锚碇分层浇筑动态施工过程的实际环境出发,对其施工期和运行期的温度应力进行仿真计算,分析锚碇的温度应力特征。计算中考虑外界气温的周期变化、太阳辐射、水化生热、浇筑温度、分层厚度、边界条件变化、分层浇筑动态施工过程及混凝土徐变和弹性模量变化等因素。计算结果给出了大体积混凝土锚碇特征点温度应力变化曲线以及温度应力场的分布和变化规律等。研究结果表明:施工期,节点温度应力呈压应力升高和降低相互交替出现态势,基础约束范围内的边缘点会出现拉应力,施工结束后,节点温度应力进入呈简谐变化状态,且变化幅值外部大于内部,此后,随着水化热的逐渐散失,加之混凝土徐变的影响,最大温度应力逐渐减小;锚碇内部一般表现为压应力,表面拉应力值相对较大,而早期混凝土抗拉强度小,故锚碇外侧表面有可能出现早期表面裂缝;锚碇顶部混凝土体积相对较小,受环境温度的影响,其侧表面拉应力值相对较大,但未超过抗拉强度;建基面以上基础约束范围内及每一间歇层面,都会出现了拉应力,在设计和施工过程中应值得注意。
大体积混凝土在施工过程中会产生水化热,水化热容易引起混凝土内部形成高温状态,从而对结构产生一定的破坏。以大体积混凝土水化热的温度控制为切入点,结合工程实例,借助大型有限元软件Midas civil对大体积混凝土进行仿真分析,在对比研究无冷却管布置和仅布设水平冷却管两种工况的基础上,提出了空间网格冷却管布置,分析得出空间立体冷却网具有更好的温控效果。可为类似的工程提供一定的理论参考。
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