混凝土早期熱-力學模型及工程應用

張 研,蔣林華,儲洪強

(1.河海大學力學與材料學院,江蘇南京 210098)

大體積混凝土的廣泛應用使得溫度開裂的發(fā)生日益嚴重,同時高強混凝土的出現(xiàn)使結構早期溫度應力顯著增加,因此工程技術人員越來越關注早期混凝土熱學和力學性質(zhì)[1-5],以便能夠進一步從理論上分析混凝土結構溫度和應力的變化規(guī)律,并對溫度變化導致的開裂破壞進行預測。筆者在混凝土結構早期溫度場的計算中,用等效時間的概念定義混凝土絕熱溫升,同時考慮化學反應速率對混凝土絕熱溫升過程的影響,給出了考慮化學反應速率的混凝土絕熱溫升和熱傳導方程及其解法。同時,在混凝土應力應變關系中,在通常溫度應力的基礎上考慮了混凝土早期強度與水化程度之間的影響,探討了應力、絕熱溫升以及水化程度之間的關系。在等效時間理論的混凝土非線性熱傳導方程和混凝土早期強度理論研究的基礎上,采用數(shù)值手段對蘇州軌道交通車站大體積混凝土施工期溫度應力與溫度控制進行探討。

1 溫度控制方程與混凝土早期強度理論

1.1 溫度控制方程

假定混凝土在澆筑過程中滿足能量守恒定律,并且考慮混凝土自身水化熱,則混凝土三維不穩(wěn)定溫度場熱傳導方程可以表示為

式中:x,y,z為直角坐標;t為時間;T(x,y,z,t)為溫度場;D為混凝土導溫系數(shù),D=λ/cρ(λ,c和ρ分別為混凝土的導熱系數(shù)、比熱容和密度);W為混凝土自身在絕熱條件下的水化熱。

在此,引入等效時間的概念來描述混凝土的絕熱溫升,混凝土三維不穩(wěn)定溫度場的熱傳導方程可以表達為