混凝土箱梁蒸汽养护温度场及温度应力有限元分析（硕士学位论文）

混凝土箱梁蒸汽养护温度场及温度应力有限元分析（硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ） 学校代号: 学 号: 分 类 号: TV315 密 级: 公开 工程硕士学位论文 混凝土箱梁蒸汽养护 温度场及温度应力有限元分析 学位申请人姓名 培 养 单 位 长沙理工大学 校内导师姓名及职称 教授 企业导师姓名及职称 高级工程师 工 程 领 域 水 利 工 程 研 究 方 向港口、海岸工程结构及其与土的相互作用 论文提交日期 2010年4月 学校代号:10536 学号: 密级:公开 长沙理工大学硕士学位论文 混凝土箱梁蒸汽养护 温度场及温度应力有限元分析 学位申请人姓名 导师姓名及职称 教 授 培 养 单 位 长沙理工大学 专 业 名 称 水 利 工 程 论文提交日期 2010年4月 论文答辩日期 2010年5月5日 答辩委员会主席 Finite Element Analysis of Temperature Field and Thermal Stress for Concrete Box Girder Steam Curing by B.E.(Harbin Engineering University) 2004 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in School of Water Consercancy in Changsha University of Science & Technology Supervisor Professor March，2010 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 1、保密?，在两年解密后适用本授权书。 2、不保密? (请在以上相应方框内打) 作者签名: 日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 摘 要 本论文是以哈尔滨至大连铁路客运专线德惠制梁场001#32m混凝土简支箱梁的蒸汽养护为研究对象。 预制混凝土简支箱梁采用蒸汽养护技术可以在低温季节施工并有效地预防温度裂缝的产生，加快模板周转速率，缩短施工周期。该技术的难点在于严格、准确、实时地控制温度变化。本文在对该梁场的001#32米混凝土简支箱梁在蒸汽养护过程中温度实测的基础上，利用MIDAS\Civil软件建立了箱梁的有限元模型，模拟混凝土水化热规律和边界条件，分析结构的温度场，并和实测值进行对比分析，总结出箱梁温度场及温度应力在蒸汽养护过程中随时间变化的一般规律，并对箱梁温度裂缝控制提出预防措施和解决方法。 这种分析方法可以应用到桥梁的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和施工中，确定混凝土蒸汽养护过程中箱梁截面的最高温度、最高温度时刻、最大拉应力、最大拉应力位置等等，以便指导施工，提高施工质量。 关键词: 箱梁;温度场;温度应力;有限元;分析 I ABSTRACT In this paper,the Harbin-Dalian Railway Passenger Line Dehui system for beam field #001 32m concrete simply supported box girder of the steam curing of the study. Precast concrete simply supported box girder used in the low-temperature steam curing technology, and effective prevention of the construction season, the temperature cracks speed up the template turnover rate, shorten the construction cycle. The difficulty lies in the technology strictly accurate, real-time control of temperature changes. In this paper,the beam # field 001 32-meter concrete simply supported box girder in the steam curing process on the basis of the temperature measured using the MIDAS\Civil software built box girder finite element model to simulate hydration heat of concrete rules and boundary conditions to analyze the structure of the temperature field, and a comparative analysis of measured values, and summed up a box girder temperature field and thermal stress in the steam curing process of the general laws over time,and box girder temperature crack control precautionary measures and solutions. This analysis method can be applied to bridge design and construction, to determine the process of steam curing of concrete box girder cross-section of the maximum temperature～ maximum temperature time, the maximum tensile stress, maximum tensile stress positions, etc.,in order to guide the construction～ improve construction quality. Keywords:dox girder; temperature field; temperature stress; finite element; analysis II 目 录 摘 要 ???????????????????????????????? ? ABSTRACT ??????????????????????????????? ? 第一章 绪论 ??????????????????????????? (1) 1.1 概述 ?????????????????????????????? (1) 1.2 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 来源 ???????????????????????????? (2) 1.3 理论依据 ???????????????????????????? (2) 1.4 国内外研究现状 ????????????????????????? (2) 1.5 本文研究的意义 ????????????????????????? (4) 1.6 本文研究的内容 ????????????????????????? (5) 第二章 32M混凝土箱梁蒸汽养护工艺 ??????????????? (7) 2.1 工程概况 ???????????????????????????? (7) 2.2 气象特征 ???????????????????????????? (7) 2.3 蒸汽养护目的 ?????????????????????????? (7) 2.4 蒸汽养护工艺 ?????????????????????????? (8) 2.5 本章小结 ??????????????????????????? (13) 第三章 温度场及温度应力研究的理论基础 ??????????? (14) 3.1 有限元的基本原理 ??????????????????????? (14) 3.2 有限元通用软件MIDAS,CIVIL简介 ???????????????? (14) 3.3 导热微分方程和边值条件 ???????????????????? (16) 3.4 温度场有限元法 ???????????????????????? (18) 3.5 箱梁温度场有限元模型的建立 ?????????????????? (19) 3.6 本章小结 ??????????????????????????? (37) 第四章 箱梁蒸汽养护温度场及温度应力有限元分析 ?????? (38) 4.1 箱梁蒸汽养护温度场有限元计算及分析 ?????????????? (38) 4.2 箱梁蒸汽养护温度应力有限元计算及分析 ????????????? (54) 4.3 本章小结 ??????????????????????????? (59) III 第五章 箱梁混凝土温度应力裂缝控制措施 ??????????? (60) 5.1 事前控制措施 ????????????????????????? (60) 5.2 施工过程控制措施 ??????????????????????? (61) 5.3 施工组织控制措施 ??????????????????????? (62) 5.4 本章小结 ??????????????????????????? (62) 第六章 总结与展望 ??????????????????????? (63) 6.1 总结 ????????????????????????????? (63) 6.2 展望 ????????????????????????????? (63) 参考文献 ???????????????????????????? (65) 致 谢 ????????????????????????????? (69) 附录A 攻读学位期间发表论文目录 ??????????????? (71) 附录B 攻读学位期间参与课题目录 ??????????????? (72) IV 第一章 绪论 1.1 概述 哈尔滨至大连客运专线铁路位于我国东北地区，这里气候较寒冷，有效生产周期对混凝土工程施工影响很大。铁道建设工程由于工程量大、工期长，不可避免地要进行混凝土的冬季施工。组织混凝土的冬季施工，就是要根据具体条件，采取最经济的方法，确保所浇筑的混凝土达到设计强度和耐久性，以满足使用要求。 近年来，随着施工工艺的机械化、快速化发展，为有效缩短整个建筑工程施工工期，人们开始致力于研究混凝土构件冬季施工的快速养护。蒸汽养护作为最常用的一种养护方法，在大型工程施工中已逐渐被人们认可，尤其是在施工循环周期受限制的工程中已广泛应用。经实践证明，采用蒸汽养护技术，可以有效促进混凝土早期强度增长，加快模板周转，缩短生产周期，提高生产效率，有效保证施工进度。 混凝土制品蒸汽养护的实质就是在湿热介质作用下，引起混凝土一系列物理、化学及力学变化，利用蒸汽在冷凝过程中释放出来的热加速其内部结构的形成，获得早强快硬的效果。蒸汽养护在混凝土构件的生产中是一个重要环节，但往往也是一个薄弱环节，如果对某些具体问题处置不当，将收不到预期效果，甚至导致质量缺陷。 混凝土制品在进行蒸汽养护时，始终与养护罩内的湿热蒸汽以对流、传导等方式不断进行热交换。由于混凝土自身的物理特性决定了它的热传导性能差、方向性差，这样在外界温度条件发生变化时，直接与外界发生热交换的构件温度改变快，间接构件要通过混凝土的热传导才能跟上这种变化。随着大跨度预应力混凝土箱梁的发展，混凝土箱梁板厚不断增大，这种跟进过程表现出在时间上很大的滞后效应，而对构件而言，就形成了温度梯度，即桥梁结构的各部分处于不同的温度状态，而这些温度状态的总和就是该时间条件下的桥梁结构温度场。 混凝土箱梁截面内的温度变化不但引起结构的变形，而且引起较大的温度应力。混凝土结构由于这种温度荷载产生的应力，有时甚至比荷载产生的应力还要大，有的预应力混凝土桥梁还因此而发生严重损坏，给桥梁结构带来危害。因此，几十年来，温度应力问题一直是混凝土工程结构的一个重大课题。在蒸汽养护技术中，温度应力分析和温差控制是关系到混凝土质量的一个主要因素，为保证混凝土制品的养护质量，研究分析混凝土蒸汽养护的温度场和温度应力并进行温度控制成为必要。 1 1.2 课题来源 XXX局是中国交通建设股份有限公司的全资子公司。近年来，在全球经济一体化的形势下，公司业务得到了很大发展。公司规模的增大也带来新的研究课题不断增多的问题，预应力混凝土箱梁预制在我公司承建的哈大客运专线工程中的应用研究正是在这种形式下出现的，如何解决好预应力混凝土箱梁预制在高寒地区的蒸汽养护应用技术问题，并通过先进的应用技术的总结与储备，实现后续施工业务管理的可复制性，提升企业施工管控水平，加强核心竞争力，为企业的快速发展和战略目标的实现提供有力支撑，成为一个重要的课题。 本课题就是要完成XXX局哈大铁路客运专线工程预应力混凝土简支箱梁预制过程中箱梁蒸汽养护的应用分析与研究任务。 1.3 理论依据 分析混凝土结构的温度应力前应先研究确定混凝土结构的温度场。即进行温度载荷分析。有限单元法归纳并总结了古典近似计算方法的优点，它吸收了有限差分法中离散处理的特点，又继承了变分计算中选择试探函数，并对区域积分的合理方法。在有限元法中，试探函数的定义和积分计算范围，不是整个结构区域，而是从区域中按实际需要划分出来的基本单元。这就解决了古典变分法计算中，因不作离散处理而不能求解复杂问题的缺点。在有限单元法中，由于对单元做了积分计算，就充分估计了单元对节点参数的作用，从而克服了有限差分法中不考虑单元所起作用的缺点，使得这种近似计算方法更加完善。 1.4 国内外研究现状 1965年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了四十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。 1.4.1 国内研究现状 在国内，对混凝土桥梁温度分布与温差应力的试验研究起步于50年代末，首先是铁道部大桥工程局对实体桥墩温度分布作了调查研究。铁道部第四勘测设计院对薄壁空心 2 高桥墩的日照温差应力问题进行了初步研究。60年代中期，铁道部科学研究院西南研究所对预应力拼装式箱形桥墩进行了现场观测和模拟试验，首先测定了混凝土结构的温度分布，证实了在空心桥墩中存在相当大的温差，在壁厚为0.25m的箱梁薄壁空心桥墩中， 00当墩内外的气温只有2-3C时，桥墩内外表面的温差可达到15C以上，因此空心混凝土结构的温差荷载问题，引起了工程界的广泛重视。 1972年，中国水利水电科学研究院的朱伯芳院士与宋敬廷合作编制了我国第一个混凝土温度徐变应力有限元程序;1973年，他们利用该程序对三门峡重力坝底孔的温度应力进行了分析，这是我国第一次大体积混凝土的模拟分析。 1978年南京桥梁会议之后，随着大跨度混凝土箱形桥梁的兴建，温差应力的试验研究工作由桥墩结构转向桥跨结构。同年，铁道部科学研究院西南研究所建立了混凝土桥梁温差应力研究组，开始了系统的试验研究工作，在试验和理论研究方面也取得了良好的进展，基本上解决了简明的工程设计实用计算。与此同时，交通部西安公路研究所对兰州黄河大桥预应力混凝土箱形梁的温度分布进行了实桥观测与分析，牙克石林业勘测设计院对黑龙江省的都德公路桥进行了温度分布观测，黑龙江省交通科学研究所对哈尔滨松江大桥继续进行温度分布观测。为我国寒冷地区混凝土桥梁结构温度分布取得了宝贵的实测资料。以上国内单位院所的试验研究工作，促使我国在混凝土桥梁结构温度场和温差应力的研究深入开展，并取得了一定的成果。 沈肇荃、孔详谦等学者对不稳定温度场的数值解法进行了深入的研究，为混凝土工程结构温度场与温差应力的研究奠定了理论基础。 1.4.2 国外研究现状 国际上众多研究机构在20世纪60年代初就已经开始开发有限元算法和分析程序，但是真正的CAE(Computer Aided Engineering)软件则诞生于20世纪70年代初，而近15年则是CAE软件商品化的发展阶段。CAE开发商为了满足市场需求和适应计算机软件与硬件的迅速发展，对软件的功能、性能和用户界面以及前、后处理功能，都进行了大幅度的改进与扩充。目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性、可靠性，以及运行环境的适应性方面都有很大的改进。这就客观上为大体积混凝土全过程、多因素模拟分析提供了条件。模拟计算与以前的设计计算有所不同，主要体现在:施工期按混凝土浇筑过程逐块累计自重和温度场及徐变应力;施工末期温度场缓慢下降到运行期，硅体温度的约束应力和地基压力产生的应力叠加成组合应力;分别采用混凝土实测热学和力学参数及混凝土双轴强度;对于施工期或运行期超强度破坏部分进行应力重力分布计算。 3 自世纪50年代以来，国外对混凝土结构的温差应力做了许多研究工作，进行了一系列现场试验观测和理论研究。早期的麦克卢尔等人对桥梁结构的热传导问题进行了调查，对后张混凝土箱梁中的纵向、横向和竖向温度变化进行了研究，并根据热电偶的实测数据和衰减分析得出了纵向温度变化不明显，横向温度变化也很小的结论。这些结果肯定了以前的假设，即桥梁的三维热传导问题实际上可以简化为沿桥梁截面垂直变化的一维问题川美国的ZUK研究了由气象资料估计桥梁的温度分布，并导出了结合梁的顶底面之间的最大温差近似方程，继而在进行实桥观测的基础上，用线性温度分布，分析了结合梁的温差应力。随着试验研究工作的进展，开始认识到混凝土结构内部的温度分布是非线性的。英国的D.A.Stephenson以表面温度波幅为依据，用指数函数来分析混凝土结构沿壁板厚度方向的温度分布;新西兰的M.J.N.Priestley在对澳克兰新市场高架桥的模型试验研究中，也求得了非线性分布规律。 70年代初，德国的达姆斯塔特大学污工结构研究所，对跨越莱茵—万塞尔铁路的高架公路桥作了温度量测;M.Herzgo对杜廷根的Aare桥也进行了观测;此外，英国的Emerson曾用平均温度和最大温度的气象资料定出桥梁的温度范围和相应的位移;美国的Hunt和Cooke、J.H.mEnauel发表了组合梁中的温度分布;与此同时，英、美、日等国也对实桥进行了现场观测工作。温度应力方面，首先是Fritz Loehnardt对德国几座预应力混凝土箱梁桥发严重裂缝的情况进行了分析，提出了横向温度应力估计值，定量地讨论了厚壁箱梁的温度应力问题，认为温度应力是预应力箱梁发生裂缝的主要原因;稍后F.Kehlbeek在“太阳辐射对桥梁结构影响”的论著中，较系统地分析了各种气象因素对混凝土桥梁结构各部分表面温度的影响，求得了以矩阵形式表示的温度函数，并按一维不稳定导热理论解得了厚板的自约束应力和桥梁的体系约束应力。 80年代初，加拿大大学的Calgary大学的Amine Ghali教授、walter H.Dilger教授及M.Elbadry等学者对混凝土桥梁和钢一混凝土组合箱梁的温差应力作了一系列的研究。新西兰的M.J.N.Priestley根据澳大利亚和新西兰地区因温度作用引起的桥梁损坏，分析了由垂直温度梯度引起的纵向温度应力，提出了可供电算编制程序的计算方法。英国的D.A.Stpchcneno分析了柔性柱体的温度应力问题，从而使温度应力研究有了明显的进展，所有这些工作为有关 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的制定提供了一系列参考数据。 1.5 本文研究的意义 混凝土桥梁结构的开裂问题，一直是工程界最关心的课题之一，因为它的出现涉及到结构外观的破损、钢筋的腐蚀及结构功能的丧失。引起混凝土结构开裂的原因很多。 4 其中，混凝土水化凝固过程中由于内外温差而形成的温度荷载和外界环境对混凝土桥梁结构的影响而形成的温度荷载，是混凝土桥梁结构开裂的主要原因之一。混凝土的水化热引起温度变化的开裂和混凝土结构在周围环境和太阳辐射的变化引起混凝土的温度荷载而引起的开裂，混凝土结构在浇筑过程中和硬化过程中的温度场和温差裂缝以及混凝土结构在运营阶段的温度荷载以及产生的温度应力，一直是世界工程结构学者的研究对象。 现代混凝土箱梁具有强度等级高、单方水泥用量大、局部尺寸大的特点。在混凝土硬化期间，水泥水化放出大量的热量，混凝土内部最高温度可能超过70?，水化热温度分布更加复杂。资料表明，水化热引起的混凝土温度梯度产生的应力足以使箱梁表面产生裂缝。所以，有必要深入研究箱梁水化热温度的发展规律。混凝土结构的温度载荷以及引起的温度应力对箱形桥梁是一个比较危险的因素，温度载荷的检算是混凝土结构设计的重要内容，否则混凝土结构不能满足设计要求，甚至不能保证安全。所以，对混凝土箱梁结构的温度问题的研究显得尤为重要。 随着国家铁路网的快速建设，蒸汽养护技术在铁路工程施工中已广泛被采用，尤其在施工循环周期受限制的工程的实际施工中更是充分体现出它的优越性。虽然蒸汽养护缩短了施工周期，保证了施工效率，但混凝土箱梁的养护质量保证仍是一个尚待研究的问题。保证混凝土箱梁养护质量的关键技术就是控制好混凝土的养护温度和温度应力，这就需要我们进行混凝土箱梁在蒸汽养护时的温度场分析，确定混凝土箱梁的温度场分布情况和温度应力分布，为混凝土箱梁蒸汽养护的温度控制提供依据，从而保证混凝土的养护质量。因此，进行混凝土箱梁在蒸汽养护中的温度场分析和温度应力研究是有必要的。 1.6 本文研究的内容 900t混凝土简支箱梁蒸汽养护施工过程模拟分析的主要任务是将混凝土简支箱梁结构几何形态的模拟分析与混凝土结构形态(温度场和应力场)的模拟分析结合起来，通过施工期与运行期混凝土结构形态的数值模拟，为寻找既满足应力标准又经济实用的施工方法提供依据。主要解决两方面的问题:一是全过程温度场分布情况模拟;二是温度应力分布情况模拟。前者是后者的基础。通过对全过程的模拟模拟，我们可以了解影响温度应力的内外部主要因素，据此我们就可以制定更为合理的温控 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，同时模拟结果对施工浇注过程也有重要的参考价值。 本论文应用有限元分析软件MIDAS\CIVIL建立哈尔滨至大连铁路客运专线无砟轨道 5 32m混凝土简支箱梁的实体模型，进行混凝土箱梁在蒸汽养护过程中的温度场及温度应力分析。概括起来模拟分析研究的主要内容如下: (1)在混凝土配合比材料试验参数结果出来前，根据提供的基本资料，对混凝土简支箱梁进行三维线性有限元分析，给出初步应力分布情况，得出初步计算成果。 (2)根据计算提出的施工过程，进行温度模拟计算，模拟施工温度场，进一步论证施工方案的合理性，提出相应的温控措施建议。 (3)根据混凝土配合比试验成果，模拟施工过程进行模拟复核计算，对采取的温控措施提出修改建议。 (4)施工过程中，由于施工条件的变化，包括施工程序、施工方法等，需对变化了的温度场进行模拟计算，为采取温控补偿措施提供理论依据。 通过模型分析，总结出混凝土箱梁在蒸汽养护过程中的温度场及温度应力随时间变化的一般规律，为蒸汽养护的温度控制提供依据，为温度裂缝控制提出措施。 6 第二章 32m混凝土箱梁蒸汽养护工艺 2.1 工程概况 哈大铁路客运专线25#制梁场位于吉林省德惠市达家沟镇六家子村，本梁场负责哈大铁路客运专线DK784+805.2至DK807+386.67，约24公里的预制梁工程。其中有14孔24m简支箱梁，666孔32m简支箱梁(900t)，共计680孔箱梁预制。 2.2 气象特征 本文研究依托项目属温带、湿润,半湿润的季风气候，冬长寒冷，夏季短促温暖，雨量集中在7,8月，春秋多风。按对铁路工程影响的气候分区，属于寒冷地区。 年平均气温 8.9?; 最冷月平均气温 -11.3? 极端最高气温 36.1?; 极端最低气温 -33.1? 年平均降水量 631.5mm; 年平均相对湿度 61% 年平均蒸发量 1520.4mm; 主要风向 SSW 最大风速 35.6m/s; 土壤最大冻结深度 1.48m 2.3 蒸汽养护目的 箱梁蒸养首先是保证箱梁各部位混凝土的温度均衡，避免混凝土出现温差裂缝。 《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》要求箱梁混凝土的养护，梁体芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差不宜大于15?。如不采取蒸养措施，不能保证各部温差满足要求。致使混凝土出现温差裂缝，影响混凝土的耐久性。 箱梁混凝土采用蒸汽养护后，保证了水泥水化过程能正常进行，提高了箱梁混凝土养护环境的温度和湿度，使混凝土早期强度增长加快，缩短了从浇筑到满足拆模强度、初张拉强度的时间周期，进而提高了模板、生产台座的周转效率。 2.4 蒸汽养护工艺 2.4.1 蒸汽养护系统构成 整个蒸汽养护系统由供热系统、养护罩、温度监测系统等组成。 7 供热系统主要包括:锅炉、蒸汽管道、蒸养管和阀门;养护罩系统主要有:养护罩、支架;控制系统主要包括:工控机、温度传感器、监测软件、现场自动温度监测设备。 ?锅炉 锅炉的选择以其容量满足整个养护期的热量消耗为原则，即升温期和恒温期的热量消耗总和，并根据以往施工经验，结合本梁场规模、施工工艺及当地气候条件，配备2台4t/h燃煤蒸汽锅炉。 ?管道 包括蒸汽输送管道和蒸养管道。为保证混凝土蒸养棚内温度均匀，蒸养管道从箱梁两端对称布置，蒸养管道布置:地沟内4根，箱梁腔内4根，腹板两侧各4根，顶板8根。每两根蒸养管为一组相向布置，且轴线一致。 ?养护罩 养护罩和支架配合使用形成蒸汽养护空间，养护罩选择密封性能好，导热系数小，耐高温，不易吸水等性能的材料。支架则采用钢管焊接成的桁架结构，17米为单位，使用时用50吨门机吊装。 ?阀门 主管道和各支管道均布置着调节阀门，用于调节各管道的蒸汽流量，保证蒸汽的热量支出和实际需要相符合。 ?监测系统 在混凝土箱梁蒸汽养护过程中，不论是在升温和降温阶段还是在恒温阶段对箱梁温度的检测和调节则是温度控制的关键环节。温度的检测主要是针对养护罩内蒸汽和空气的混合物的温度的测量，需要在箱梁的适当位置布置相应的温度传感器;温度的调节主要是对梁端管道上的蒸汽阀门进行精确和及时的控制。 温度监测系统采用了分布式(DCS)控制策略，每个台座由一台控制柜完成温度的程序控制。其中，中央控制器与各台座的控制柜之间的指令、数据传输，通过无线网络完成。 中央控制机由一台工业控制机及应用程序构成，自动记录各台座箱梁测试点的温度值，按要求下达操作指令等，具有历史数据、温度曲线的查阅功能，人机界面友好，操作简单。 台座的温度控制柜包括:多点温度巡检仪、程序温度控制仪、手动的加温按钮、 8 蒸汽阀门的控制电气装置等。 ?通风系统 (1)通风机 本设计中采用通风机排风带走养护罩内的余热来降温，选择4-72-11No12C离心通 3风机l台，转速为1120r/min，流量分别为23000m/h ，所配电机为7.5kW。 (2)加湿设备 考虑养护罩内在降温阶段湿度会下降，因顶板上没有模板，在养护过程中水分会蒸发掉，要保证湿度要求，可在顶板和其他需加湿的部位设加湿设备。 加湿设备由四部分组成: 1)高压泵机组:高压泵，电机，自动控制; 2)微电脑控制箱，湿度50%,90%可调; 3)喷嘴:旋流式高压喷嘴; 4)过滤系统:两级过滤。 2.4.2 蒸汽养护过程控制 《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》要求蒸养过程分静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间应保持环境温度不低于5?，灌筑结束4,6h且混凝土终凝后方可升温;升温速度不宜大于10?/h;恒温期间蒸汽温度不宜超过45?，混凝土芯部温度不宜超过60?;恒温养护时间应根据混凝土脱模强度要求、混凝土内温变化情况、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定，降温速度不宜大于10?/h。 (1)静停阶段 静停阶段混凝土可进行一定程度的水化，获得一定的初始结构强度，用以抵抗在升温过程中出现的肿胀作用。静停阶段的确定一般用“临界初始结构强度”。临界初始结构强度是指在一定的养护工艺下，能够使残余变形最小、并获得最大密实度及最高强度的最低初始结构强度。达到临界初始结构强度所需的静停时间，则为最佳静停时间。 静停时间的长短主要受抽拔橡胶棒时对梁体混凝土强度的要求，一般箱梁混凝土灌注完成后，静停4,6h，在静停期间，应保持环境温度不低于5?，需完成蒸养棚和测温计的安装，并打开蒸养管道，排出冷凝水。静停阶段的一个关键问题是梁顶面混凝土的保湿，因为梁体顶面的面积系数较大，水分蒸发量大，为此在混凝土浇筑完毕 9 顶面混凝土抹面结束后，立即覆盖上塑料薄膜，并对梁顶混凝土进行喷雾直至安置好蒸养棚通气升温养护。本设计根据《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》，静停阶段取为4h，静停期间通过温度自动控制系统调节蒸养管道的蒸汽流量保持养护罩内温 o度不低于5C。 (2)升温阶段 混凝土的结构缺陷主要发生在升温期。未达到临界初始结构强度即进入升温期将使其结构受到损伤，养护结束时即构成残余变形，使混凝土的性能受到损伤。因此，升温阶段是混凝土结构的定型阶段，在养护过程中最为重要。 升温阶段就是混凝土从原始温度上升到养护温度的阶段，其总原则为“缓慢升温、高湿低温”。升温阶段最主要的问题是温度与湿度的协调，升温速率的控制以及钢模板与梁体混凝土间的温差控制。这一阶段的温度上升过快，会使混凝土表面因体积膨胀太快而产生裂缝，因此前2 h的升温速率控制在5?,8?，并保持低温高湿的未饱和蒸汽通入蒸养棚空间及梁体内腔，缓慢升温。本设计根据《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》升温速率控制在10?/h以下。 (3)恒温阶段 恒温阶段的两个主要参数是恒温温度和恒温时间，恒温温度和恒温时间两个参数是互有影响的:恒温温度低，则恒温时间要长些，恒温温度高，则恒温时间较短。养护温度对混凝土的强度发展有很大影响，P.克里赫试验表明，养护温度越高，可以增大混凝土初期水化速度，混凝土初期强度也高，但养护温度在10,30?之间的混凝土，28天强度都较养护温度在45,55?之间的高(混凝土配合比固定，水泥用量320kg，掺合料160kg)后者表示出，初期养护温度越高，混凝土强度的衰退越大，这是由于急速的初期水化会导致水化物的不均匀分布，水化物稠密度低的区域成为水泥石中的薄弱点，从而降低了混凝土整体的强度，水化物稠密度高的区域包裹在水泥粒子的周围，妨碍水化反应的继续进行，从而减少水化物的产量。在养护温度较低的情况下，由于水化缓慢，具有充分的扩散时间，从而使水化物得以在水泥石中均匀分布，蒸汽养护恒温阶段的时间和温度就是找出控制所需要的混凝土早期强度和保证混凝土后期强度的一个平衡点。本设计根据《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》，恒温时养护罩 ooo内的蒸汽温度不超过45C。芯部混凝土温度不能越过60C，最高不能超过65C。 (4)降温阶段 降温阶段的主要控制参数是降温速率。降温速率的快慢直接影响砼表面质量和砼 10 耐久性，降温速度过快，温差过大，往往会使砼表面产生拉应力造成龟裂。 本设计根据《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》。混凝土的降温速率不能大 oo于10C/h。当罩内温度与环境温度之差不大于15C时，检查混凝土构件的强度是否达到80%，达到强度要求则拆除养护罩进入自然养护。 2.4.2.1 箱梁混凝土芯部温度和其他各部为温度的相关性采集 箱梁混凝土芯部温度必须通过预埋在混凝土内部的专用测温头测量，在整个箱梁生产过程中，如全部采用预埋测温头，会大大提高生产成本。因此，在箱梁生产初期，通过数据统计、分析，得出芯部温度和箱梁其他部位温度的相关性，再通过对外部温度监控反控芯部温度。 通过对001、002、003号梁的各部温度监测、统计(详见表1、表2和表3)，发现混凝土芯部温度最高时出现在混凝土浇筑完成后40小时左右，芯部最高温度和梁体预应力管道的温度最接近，二者相差4?。因此，我场在以后的生产过程中，通过控制预应力管道内的温度不大于55?，来控制蒸养过程中的混凝土芯部温度。 表1 001,箱梁芯部温度和其他部位温度增长统计表 时间(h) 芯部温度 内表层温度 外表层温度 环境温度 梁顶温度 管道内温度 0 24.2 17.6 22.2 15.9 11.7 ――― 5 33.6 29.0 33.6 34.4 21.8 30.6 10 49.1 38.2 46.8 49.2 36.1 46.4 15 52.5 39.9 42.0 40.4 29.6 48.6 20 55.0 43.7 43.1 42.4 33.4 50.9 25 57.1 41.9 39.9 38.8 30.1 52.5 30 58.5 38.5 38.8 33.0 28.7 54.5 35 59.3 40.0 39.1 36.2 29.9 55.2 40 59.0 46.0 40.1 40.3 33.0 54.9 45 58.7 45.8 40.1 38.7 31.9 54.6 50 57.8 45.6 39.6 37.8 32.5 54.3 55 56.9 45.5 39.0 36.9 35.2 53.9 60 55.9 45.4 36.4 31.3 28.0 53.9 65 55.0 38.2 32.3 25.8 23.9 53.2 70 53.7 31.5 31.3 25.9 25.5 51.9 11 表2 002,箱梁芯部温度和其他部位温度增长统计表 时间(h) 芯部温度 内表层温度 外表层温度 环境温度 梁顶温度 管道内温度 0 29.6 28.9 31.1 26.6 23.0 ――― 5 41.1 32.9 34.9 26.3 23.2 22.7 10 46.7 44.9 41.7 41.5 39.2 45.1 15 50.8 51.3 47.0 44.5 44.1 48.9 20 53.4 50.4 43.3 40.7 38.2 48.3 25 54.8 52.3 45.4 42.9 39.4 50.5 30 55.6 52.7 45.1 39.8 37.8 50.8 35 55.7 53.9 45.0 42.3 41.8 52.2 40 55.9 54.3 47.3 43.2 45.9 52.0 45 55.0 54.2 46.5 45.7 46.3 52.8 50 54.2 48.4 42.9 35.3 35.9 52.1 55 53.0 40.9 41.4 35.1 37.8 49.6 60 51.7 42.7 41.8 38.7 38.1 49.6 65 0.0 32.4 32.9 33.3 0.0 0.0 70 0.0 33.9 35.3 34.0 0.0 0.0 表3 003,箱梁芯部温度和其他部位温度增长统计表 12 2.4.2.2 箱梁蒸养测温头的布置 每孔箱梁共布置16个测温点。梁箱箱体内，每端在距梁端L/6(L为梁长)处一侧腹板1/2高度处各布置1个测温点，测温头紧贴模板(或混凝土)面，用以测量混凝土表面温度。在相应横截面设,个高度居中的测温头，测量箱内棚温;箱梁箱体外侧，在一侧腹板及顶板每端距梁端L/6处各设2个测温点两侧腹板1/2高度处各布置1个测温点。1个测温头距模板(或混凝土)面30厘米，测量箱外对应位置的棚温。另1个测温头紧贴模板(或混凝土)面，用以测量混凝土表面温度;端部每端1个测温点布置在N9孔道内，深度2米;台座下每端设1个测温点，在L/6处。 2.4.2.3 箱梁蒸养温度控制过程 整个控制系统间隔5分钟对布置在各个部位的温度进行采集。采集的数据传递给计算机，并在显示器上显示。技术人员及时对箱梁各部位的数据进行分析、计算。 在静停阶段，维持箱梁蒸养棚内各空间的温度大于5?，且和管道内的温度差不大于5?。 在升温阶段，维持箱梁蒸养棚内各空间的温度和管道内及混凝土表面的温度差不大于10?，同时升温速度不大于10?每小时。 在恒温阶段箱梁蒸养棚内各空间中，当哪个空间的温度和混凝土表面温度及管道内的温度相差大于10?时，即通知现场司操人员加大供气量;当温差小于5?时即减小供气量。 在降温阶段，维持箱梁蒸养棚内各空间的温度和混凝土表面温度相差不大于15?，同时降温速度不大于10?每小时，当温差超标可适当补充蒸汽减小温差。 2.5 本章小结 本章结合哈大铁路客运专线25#制梁场生产实际，主要从蒸汽养护的过程控制和蒸汽养护的系统构成两个方面详细介绍了蒸汽养护工艺。 (1)介绍了哈大铁路客运专线25#制梁场工程概况; (2)箱梁蒸汽养护的目的; (3)箱梁蒸汽养护的系统构成; (4)箱梁蒸汽养护过程控制程序。 13 第三章 温度场及温度应力研究的理论基础 本章主要论述了温度场及温度应力研究的相关理论基础，从而为XXX局哈大铁路客运专线简支箱梁温度场及温度应力的研究研究打下坚实的理论基础。 3.1 有限元的基本原理 有限单元法是一种通过将结构离散化，把荷载和位移简化到节点上来分析的数值计算方法。主要原理如下: (1)根据数学知识可知，以有限个节点的位移或应力为参数，引入适当的插值函数，可以构成任意点的位移或应力的函数。因此，可以把结构视为若干个尺寸有限的单元，单元在有限个节点上连接，单元之间的力与位移都只能通过节点传播，即单元之间只在节点上存在作用。这种以节点位移或应力为基本未知量的方法在数学上显然是可行的。 (2)将单元内部的力、位移或外部荷载通过插值函数的方式等价到节点上后，利用节点所应满足的平衡方程进行求解。比如:对于按位移求解的有限元法，就是求解节点位移所应满足的节点平衡方程，求解的结果是可以得到相应外荷载的各单元节点的位移。 (3)利用几何函数可将位移结果转化为应变结果，利用物理方程又可将应变结果转化为应力结果，从而实现了结构全部应力、应变未知数的求解。 3.2 有限元通用软件MIDAS,Civil简介 MIDAS系列软件是以有限元为理论基础开发的分析和设计软件。早在1989年韩国浦项集团成立CAD/CAE研发机构开始专门研发MIDAS系列软件，于2000年9月正式成立Information Technology Co.，Ltd.(简称MIDAS IT)。目前MIDAS系列软件包含建筑(Gen)，桥梁(Civil)，岩土隧道(GTS)，机械(MEC)，基础(SDS)，有限元网格划分(FX+) [38]等多种软件。 MIDAS,Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构(工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MIDAS,CiVil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多便利的功能。 14 3.2.1 MIDAS,Civil软件的特点 在结构设计方面，MIDAS/Civil全面强化了实际工作中结构分析所需要的分析功能。通过在已有的有限元库中加入索单元、钩单元、间隙单元等非线性要素，结合施工阶段、时间依存性、几何非线性等最新结构分析理论，从而计算出更加准确和切合实际的分析结果。 建模技术采用的是自行开发的新概念CAD形式的建模技术，可以更加提高建模效率。特别是由于拥有如结构建模助手等高效自动化建模功能，所以只要输入截面形状、桥梁特点、预应力桥的钢束位置等基本数据，就可以自动建立桥梁模型以及施工阶段的各种数据。 MIDAS/Civil的主要特点如下: (1)提供菜单、表格、文本、导入CAD和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能，并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到最高。 (2)提供刚构桥、板型桥、箱型暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架/满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手。 (3)提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本、韩国等国家的材料和截面数据库，以及混凝土收缩和徐变规范和移动何在规范。 (4)提供桁架、一般梁/边截面梁、平面应力/平面应变、只受拉/只受压、间隙、钩、索、加劲板轴对称、板(厚板/薄板、面内/面外厚度、正交各向异向)、实体单元(六面体、楔形、四面体)等工程实际时所需的各种有限元模型。 (5)提供静力分析(线形静力分析、热应力分析)、动力分析(自由振动分析、反应谱分析、时程分析)、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线形分析、几何非线形分析(P-delta分析、大位移分析)、优化索力、屈曲分析、移动荷载分析(影响线/影响面分析)、支座沉降分析、热传导分析(热传导、热对流、热辐射)、水化热分析(温度应力、管冷)、施工阶段分析、联合截面施工阶段分析等功能。 (6)在后处理中，可以根据设计规范自动生成荷载组合，也可以添加和修改荷载组合。 (7)可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。提供静力和动力分析的动画文件;提供移动荷载追踪器的功能，可找出指定单元发生最大内力(位移等)时，移动荷载作用的位置;提供局部方向内力的合力功能，可将板单元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。 15 (8)可在进行结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计和验算。 3.2.2 MIDAS,Civil软件的主要功能 有限元软件MIDAS功能强大，涉及范围广。MIDAS可以对各种材料组成的平面和空间结构进行热分析，当然也可以对900t箱梁混凝土水化热引起的温度场及温度应力进行分析。MIDAS温度分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元方法计算各节点的 [16]温度，并导出其他物理参数。MIDAS的水化热分析包括热传导分析和温度应力分析两个过程。热传导分析是计算节点温度随时间的变化量，即计算因水泥水合过程中发生的放热、对流、传导引起的节点温度变化。温度应力分析是使用热传导分析得到的各时间段的节点温度分布以及材料随时间变化的特性，混凝土随时间变化的收缩，混凝土随时间和应力变化的徐变等，计算900t箱梁混凝土各施工阶段应力。 3.3 导热微分方程和边值条件 3.3.1 导热微分方程 混凝土温度场的计算其实质是热传导方程在特定边界条件和初始条件下的求解，导热微分方程可化简为: 222qtttt,,,,v,,(，，)， (3.1) 222,c,xyz,,,, 式中:α为导温系数其值为λ/(ρc) t—温度(K); τ—时间(h); λ—导热系数 (W/m.K); c—比热容 (kJ/kg.K); ρ—密度(kg/m3); 3qdxdydzd,qv—混凝土水化热所产生的热量为 ，单位为W/m。 v 沿混凝土箱梁轴线方向的温度变化很小，可以简化成二维传热问题。因此，热传导方程可以简化为: 22qttt,,,v,,(，)， (3.2) 22,c,xy,,, 16 3.3.2 边值条件 导热方程建立了物体的温度和时间、空间的一般关系，要根据导热微分方程确定结构的温度场，还必须知道导热微分方程的定解条件，即物体的边界条件和初始条件。初始条件为物体内部初始瞬时温度场的分布规律。边界条件包括周围介质与结构表面相互作用的规律及物体的几何形状。 (1)初始条件 一般初始瞬时的温度分布可以认为是均匀的，在混凝土浇筑块温度计算过程中，初始温度即为浇筑温度，即: t,t(常数) (3.3) ,,00 式中:t-物体初始温度(K); 0 对本文研究的32m混凝土箱梁，根据实测混凝土入模温度，整个梁体初始温度取 o26.8C。 (2)边界条件 边界条件可以用以下三种方式给出: ?第一类边界条件:已知结构边界面上的温度是时间的己知函数，即: t或t,f(x,y,,) (3.4) , ,式中:—物体边界，其方向为逆时针方向; tw—已知壁面温度(K); f(x,y,,)—己知壁面温度函数(随时间位置而变)。 ?第二类边界条件:结构表面上的热流量是时间的己知函数，即: ,t,t,,,q或,,,g(x,y,,) (3.5) ,2,,n,n 2式中:q—己知壁面热流密度(W/m); 2 g(x.y.τ)—已知热流密度函数。 ?第三类边界条件:结构与空气接触时，气温τf和对流换热系数α己知，即: ,t,,,,(t,t) (3.6) ,f,n 本文对32m混凝土箱梁有限元分析，采用第三类边界条件。并考虑梁内水化热为内 17 热源。 3.4 温度场有限元法 导热微分方程和边值条件提供了导热问题的完整数学模型，用适当的方法求解，即可得到物体内的温度场。有限单元法是目前运用研究结构的温度梯度模式的一种最为广泛的方法，其计算精度可随单元划分来控制，且充分利用计算机资源，是一种极 [2]易推广、效率极高的方法。本论文结合32m混凝土箱梁的断面结构，运用有限元软件进行温度场计算，得出结论。 3.4.1 平面温度场有限元法 温度场有限元法计算的基本方程可从微分方程出发用权余法求得。对应于平面温度场的微分方程为: 22,,,ttt,,,,(,,),(，)，,,0Dtxykqc (3.7) v22,,,,xy 取试探函数: t(x,y,,),t(x,y,,,t,t......,t) (3.8) 12n 式中:t， t， ...， tn为n个待定系数。 12 将(3.8)式代入(3.7)式，可得: 22，，,t,t,t,WK(，)，q,cdxdy,0 (l=1，2，„，n) (3.9) 1v,,22,,,,x,y,，， 式中D为平面温度场的定义域，W1为权函数，根据伽辽金法对权函数的定义，可以写出: ,tW, (l=1，2，„，n) (3.10) 1,t1 t为了书写方便，在以后的推导中， 都用t代替。 t试探函数 并未满足边界条件的，可以引用数学中格林公式解决这个问题。格林公式把区域内的积分与边界上的线积分联系了起来，从而在相应的边界条件中满足微分方程。则式(3.9)变为: 18 e，，,,,,,,,WWJtttt11,,，,，,K()qWcWdxdykWdsv111,, ,,,,,,,,,,,,xxyyn，，1 (l=1，2，„，n) (3.11) 3.4.2 温度场有限元法的求解方法选择 用有限元法对混凝土结构的温度场进行求解最后归结为一个线性方程组的求解。线性方程组的求解有迭代法和直接法两种。本论文采用的软件MIDAS\CIVIL中用直接法对温度场进行求解。 3.5 箱梁温度场有限元模型的建立 3.5.1 有限元模型建立的步骤 有限元模型建立的步骤如图1所示。 图1 有限元模型建立步骤图 3.5.2 基本假设 为了分析温度场在各种工程因素影响下变化的规律，计算过程中作如下假定: (1)在施工过程中，假定材料的热力学属性(热传导系数、对流换热系数、比热、密度等)为常数。 (2)假定梁断面为均质、各向同性材料。 (3)假设同一模型内，混凝土具有相同的入模温度，将温度场视为二维非稳态温度场。根据实际情况模拟对流和水化生成热，确定荷载。把对流边界条件施加于模型上，而水化生成热作为热生成率(单位体积的内热源)。由于混凝土浇筑时间较长，混凝土的浇筑是一个连续的过程，将箱梁的蒸汽养护过程划分为三个施工阶段，即:底板浇筑、腹板浇筑、顶板浇筑，假设同一施工阶段内混凝土水化热起始时间一致。 19 (4)忽略箱梁内部钢筋的影响。 (5)箱内和箱外的蒸汽养护温度在各个时间点相同。 3.5.3 参数的选取 材料:C50混凝土 2弹性模量:35.5×109N/m 泊松比:0.2 -5线膨胀系数:1.0×10 3容重:2400Kg/m o比热:0.25Kcal/Kg C o热传导率:2.3Kcal/m hr C 混凝土28天抗压强度:50MPa 3单位体积水泥含量:309Kg/m 2o对流系数:12Kcal/m hr C 3.5.4 箱梁结构尺寸 德惠制梁场32m预应力混凝土箱梁为单箱单室箱形截面，箱梁高3.078m，底板宽 5.5m，顶板宽12.0m。顶板顶面设三列排水，坡度2%。端部顶板厚610mm，腹板厚1050mm， 底板厚700mm。除端部及变截面以外其余截面厚度一致，顶板厚300mm，底板厚280mm， 腹板厚450mm。梁长32.6m，跨度31.5m，如图2-图5所示。 图2 32m混凝土箱梁纵向剖面图(取梁的一半) 20 图3 32m混凝土箱梁三维立体图 图4 32m混凝土箱梁A-A截面图 图5 32m混凝土箱梁B-B截面图 3.5.5 有限元分析模型的建立 根据实测温度传感器的埋设位置及温度记录沿梁长方向取A-A截面和B-B截面1m长度的箱梁建立模型，A-A截面模型节点数为17809，单元数为14420，如图6所示;B-B 21 截面模型节点数为12628，单元数为9620，如图7所示。 图6 A-A截面箱梁模型 图7 B-B截面箱梁模型 以下以A-A截面为例介绍模型建立的各种边界条件及施工阶段划分。 边界条件:内模、外模和端模与混凝土接触部分建立一般支撑，约束边界节点X，Y，Z三个方向的自由度，模型的其他截面建立约束Y方向自由度的边界条件，如图8所示。 图8 边界条件 22 单元对流边界:箱梁与大气和钢模板的接触表面建立单元对流边界，如图9所示。 图9 单元对流边界 水化热源:将混凝土水化热作为箱梁内热源分配给各实体单元。水泥类型为普通 3硅酸盐水泥，单位体积水泥用量为309Kg/m，如图10所示。 图10 内热源 施工阶段的模拟包括以下3个过程: CS1:此阶段为腹板浇筑完成前底板水化热阶段，在定义水化热分析施工阶段时单元选项中激活底板实体单元，边界选项中激活底板约束和底板对流边界，并将底腹板接触截面作为对流边界激活。水化时间97小时。 CS2:此阶段为顶板浇筑完成前底腹板水化热阶段，单元选项中激活腹板实体单元，边界选项中激活腹板约束和腹板对流边界，并将腹板与顶板接触截面作为对流边界激活，同时钝化底板与腹板接触截面的单元对流边界。水化时间94小时。 CS3:此阶段为顶板浇筑后整体箱梁模型水化热阶段，单元选项中激活顶板实体单元，边界选项中激活顶板约束和顶板对流边界，钝化腹板与顶板接触截面和底板与腹板接触截面的对流边界，水化时间91小时。 MIDAS有限元软件的水化热分析模块优点之一就是可以直接运用激活和钝化的命 23 令，对边界条件、结构组、荷载进行有序的设定，详细模拟整个结构施工过程，从而对结构进行合理的分析。 3.5.6 温度传感器的布置 哈大线德惠制梁场采用蒸汽养护自动测温系统进行蒸汽养护全过程的温度测量，温度传感器埋设的布置图如图11、图12和图13所示。 图11 B-B截面哈尔滨端温度传感器布置图 图12 B-B截面大连端温度传感器布置图 图13 A-A截面温度传感器布置图 传感器布置:7和15号传感器布置在梁端1m橡胶管道内，4位于距梁端1m处顶板与 24 腹板相交处混凝土芯部。其他传感器均位于B-B截面，1、3、9紧切模板，2和10位于箱内居中位置测量箱内环境温度，11位于顶板与腹板相交处混凝土芯部，5和13位于顶板顶面，6和14分别距箱梁表面30cm测量顶板顶环境温度，12距侧模表面30cm测量侧模外环境温度，8和16距底模底面30cm测量底板底环境温度。 3.5.7 实测温度记录 哈大线德惠制梁场001#箱梁的蒸汽养护自动测温系统在混凝土浇筑后90小时内每0.5小时进行温度记录的实测数据见表4和表5。 表4 实测温度记录表 温度时刻 传感器1 传感器2 传感器3 传感器4 传感器5 传感器6 传感器7 传感器8 0.00 19.0 16.0 18.9 31.0 14.4 13.9 14.9 15.8 0.15 19.4 16.1 18.7 31.0 14.1 13.7 15.1 16.2 3.13 18.0 16.7 20.3 31.0 11.6 11.1 12.9 14.7 3.55 17.5 15.6 20.3 31.4 11.6 11.1 12.8 14.6 4.05 19.1 18.9 21.2 32.8 11.3 10.6 13.3 14.7 4.55 17.6 19.0 22.2 34.2 11.7 10.8 12.9 14.6 5.05 18.8 22.1 22.7 35.5 13.6 11.5 31.9 14.3 7.05 22.0 23.2 23.8 39.8 18.9 18.5 35.2 18.6 7.55 23.5 24.3 24.0 40.7 20.2 20.1 35.9 20.1 8.05 25.2 25.4 24.6 41.7 22.4 22.3 36.4 22.7 8.55 26.9 29.1 25.6 42.7 24.6 24.5 38.0 23.2 9.05 28.8 29.0 26.3 43.2 26.4 25.3 38.8 25.4 9.55 30.2 29.7 28.4 43.6 28.8 27.9 39.6 26.7 10.05 32.1 31.2 30.3 44.6 28.9 29.5 40.4 28.6 10.55 33.8 32.8 31.6 45.0 30.0 31.9 41.1 30.1 11.05 35.3 35.5 34.2 45.9 33.9 33.8 41.3 32.5 11.55 36.6 36.5 33.8 46.0 33.8 36.3 41.7 33.4 12.05 37.8 38.5 35.6 46.7 34.7 37.3 42.0 36.6 12.55 38.0 39.7 36.2 47.3 34.4 38.4 42.8 38.2 13.05 39.1 40.8 38.1 47.5 36.0 39.0 43.2 39.3 14.05 39.9 41.2 38.0 48.6 36.2 39.6 44.0 39.8 25 14.55 40.8 42.5 38.2 49.1 37.8 39.0 44.8 39.4 15.05 41.3 41.5 39.6 49.7 38.6 38.4 45.1 40.2 15.55 41.9 41.0 40.2 50.0 39.7 39.6 45.4 40.4 16.05 42.2 41.9 40.5 50.4 40.1 40.0 45.9 40.1 16.55 42.8 41.7 41.2 50.7 41.2 40.8 45.8 40.0 17.05 43.2 41.4 42.2 51.1 42.3 41.5 45.9 39.1 17.55 43.6 40.7 42.6 51.5 42.6 41.2 46.2 41.2 18.05 43.9 42.0 42.3 51.9 42.2 41.3 46.9 39.5 18.55 44.0 41.8 43.0 52.2 43.1 42.1 47.0 41.3 19.05 44.1 42.7 43.2 52.4 43.1 42.5 47.2 42.1 19.55 44.2 42.4 42.0 52.5 43.0 41.4 47.5 41.5 20.05 44.3 43.4 42.9 52.9 42.8 42.1 48.0 42.1 20.55 44.6 43.1 43.2 52.9 43.2 42.2 48.3 42.0 21.05 44.5 44.8 43.1 53.5 43.1 42.9 48.2 42.7 21.55 44.8 43.3 43.3 53.4 43.4 42.9 48.5 42.8 22.05 45.0 42.0 43.6 53.7 43.5 42.8 49.1 42.6 22.55 45.2 42.0 43.5 53.9 43.2 43.1 49.7 42.3 23.05 45.3 42.1 42.1 54.1 42.1 43.2 48.7 43.5 23.55 45.8 43.4 43.8 54.5 43.9 43.6 48.9 43.9 24.05 45.9 43.5 43.4 54.5 43.5 43.6 49.1 43.6 24.55 46.0 43.6 43.1 55.0 43.0 43.0 49.5 43.5 25.05 46.0 43.8 43.9 55.3 43.8 42.5 49.8 43.7 25.55 46.1 44.2 44.1 55.5 44.0 42.6 50.1 43.8 26.05 46.2 44.3 44.2 55.7 44.3 42.2 50.1 43.6 26.55 46.2 44.4 44.1 56.1 44.2 42.4 50.3 43.1 27.05 46.2 44.2 44.0 56.3 44.1 42.3 50.7 43.8 27.55 46.3 44.6 44.3 56.3 44.5 42.2 50.7 43.3 28.05 46.5 44.5 44.5 56.9 44.6 42.5 50.9 43.3 28.55 46.4 44.2 44.6 56.8 44.5 42.6 50.7 43.6 29.05 46.3 44.1 45.0 56.9 45.1 42.8 50.8 43.9 26 29.55 46.2 45.4 45.1 57.1 45.2 42.5 51.4 43.7 30.05 46.0 44.8 45.2 57.2 45.0 42.3 51.7 43.0 30.55 46.7 44.8 45.3 57.5 45.3 42.3 51.4 43.6 31.05 46.5 44.8 45.1 57.4 45.1 42.5 51.5 43.3 31.55 46.6 44.8 45.0 58.1 45.0 42.8 51.8 43.1 32.05 46.6 44.3 45.2 57.8 45.2 43.2 52.1 43.7 32.55 46.2 44.8 45.3 58.0 45.3 43.8 52.2 43.4 33.05 46.3 44.2 45.0 58.2 45.0 44.0 52.1 43.5 33.55 46.2 44.1 45.2 58.1 45.3 44.3 52.4 43.2 34.05 46.1 44.9 45.3 58.6 45.2 43.8 52.7 43.3 34.55 46.0 45.0 45.1 58.5 45.1 43.6 52.5 43.3 35.05 46.0 44.9 45.2 58.7 45.3 43.1 53.2 43.4 37.05 45.9 45.0 45.0 58.9 45.1 43.6 53.4 43.2 37.40 46.1 44.3 45.3 59.4 45.6 43.3 53.6 43.8 37.90 46.2 44.7 45.2 59.3 45.4 43.1 53.6 43.4 38.40 46.3 44.5 45.1 59.2 45.3 43.9 54.0 43.6 38.90 46.2 44.7 45.8 59.6 45.7 43.5 53.9 43.3 39.40 46.1 44.8 45.6 59.3 45.3 43.4 54.0 43.3 39.90 46.0 44.5 45.3 59.3 45.2 43.1 54.1 43.1 40.40 46.1 44.6 45.7 59.2 45.8 43.1 54.0 43.0 40.90 46.0 44.5 45.6 59.1 45.4 43.9 53.7 43.6 41.40 46.3 44.2 45.6 59.0 45.4 43.7 53.9 43.8 42.40 46.2 43.9 45.7 59.3 45.4 43.0 54.3 43.9 42.90 45.8 43.6 45.6 58.9 45.3 43.3 54.1 43.2 43.40 45.4 44.6 45.3 59.0 45.2 43.8 54.7 43.7 43.90 46.7 44.8 45.2 59.1 45.2 43.8 54.6 43.4 44.40 46.0 45.0 45.1 59.0 45.1 43.8 54.8 43.5 44.90 45.7 44.6 45.3 58.9 45.3 43.6 54.4 43.3 45.40 45.3 44.5 45.3 58.6 45.2 43.8 54.4 43.1 45.90 46.2 44.7 45.2 59.0 45.1 43.6 54.7 43.8 27 46.40 45.6 44.6 45.1 58.9 45.2 43.0 54.7 43.0 46.90 45.4 44.2 44.9 58.8 45.1 43.4 54.4 43.2 47.40 46.1 44.5 44.8 58.7 45.7 43.3 55.0 43.6 47.90 45.8 44.0 44.6 58.7 45.1 43.0 54.9 43.0 58.23 45.5 44.6 44.7 57.2 45.0 43.9 54.5 43.7 58.73 45.8 44.7 43.9 57.4 42.5 41.4 54.6 43.6 59.23 45.4 44.6 43.2 57.4 42.7 40.0 54.4 42.9 59.73 45.1 44.5 43.1 57.2 43.3 39.8 54.7 42.0 60.10 44.3 43.2 42.8 57.4 42.6 39.7 54.2 42.4 60.60 42.6 43.5 42.8 57.5 42.8 39.4 54.0 42.6 61.10 46.6 43.4 42.6 57.2 42.5 39.1 53.9 42.1 61.60 46.3 43.0 42.6 56.5 42.4 39.1 53.0 42.5 62.10 45.9 42.4 42.3 56.6 42.3 39.6 52.6 41.6 62.65 45.8 41.9 42.0 56.4 42.1 37.5 52.4 40.7 63.15 45.4 41.6 42.0 56.4 42.3 37.6 52.5 40.7 63.65 45.3 41.6 42.3 56.2 42.2 37.7 52.8 40.9 64.15 45.5 41.6 42.6 56.4 42.4 37.6 52.7 40.6 64.65 45.4 41.4 42.5 55.9 42.5 37.1 52.4 39.8 65.15 45.4 41.8 42.4 56.4 42.3 37.0 52.8 39.1 65.65 45.4 42.0 42.4 55.5 42.3 37.8 52.7 39.1 66.15 45.2 41.5 42.3 56.0 42.0 37.2 52.4 39.4 66.65 43.8 40.8 41.6 55.3 41.5 35.4 52.0 37.0 67.65 43.8 40.3 41.6 55.4 41.8 35.4 52.0 37.5 68.15 43.6 40.6 41.8 55.7 41.0 35.6 50.5 37.6 68.65 43.7 40.5 41.7 55.1 41.6 35.5 51.0 37.4 69.15 43.5 40.4 41.6 55.4 41.2 35.5 51.7 37.5 69.65 43.5 40.2 41.2 55.0 41.2 35.6 51.6 37.5 70.15 43.4 40.9 41.3 54.6 41.3 35.9 52.4 37.4 70.65 43.6 41.0 41.4 54.4 41.4 35.2 51.0 37.7 71.15 43.5 40.9 41.5 54.8 41.0 35.0 52.7 37.4 28 71.65 43.3 40.8 41.3 54.5 40.9 35.0 49.3 37.3 72.15 43.2 40.5 41.2 53.8 40.5 35.0 49.7 37.4 72.65 43.1 40.5 41.1 54.2 40.6 35.8 51.8 37.7 73.15 43.0 40.4 41.5 54.0 40.4 35.1 52.5 37.6 73.65 43.0 40.5 41.0 54.1 40.2 35.0 51.8 37.0 74.15 42.8 40.3 41.1 53.4 40.3 35.5 48.2 37.4 74.65 42.8 40.1 39.9 53.7 39.8 35.3 50.7 37.4 75.15 43.0 40.0 39.9 53.0 39.7 35.3 48.2 37.1 75.65 42.6 39.9 39.8 53.0 39.6 35.6 48.9 37.0 76.15 42.6 39.8 41.0 53.2 39.5 35.3 51.3 36.9 76.65 42.5 39.4 39.8 53.1 39.5 35.2 51.4 36.2 77.15 42.3 39.2 40.0 52.6 39.8 35.4 49.3 36.6 77.65 42.5 39.1 39.6 53.0 39.6 35.3 50.8 36.5 78.15 42.3 38.8 39.7 52.7 39.5 35.0 50.7 36.4 78.65 42.2 38.7 39.2 52.4 39.4 35.8 49.5 36.2 79.15 42.1 38.7 39.4 52.3 39.3 35.2 50.5 36.1 79.65 42.0 38.3 39.5 52.1 39.2 35.4 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53.8 43.5 44.8 43.5 18.6 43.4 37.40 46.0 44.2 53.8 43.7 45.3 43.5 19.0 43.2 37.90 46.3 44.6 53.8 43.2 46.2 43.5 18.7 43.0 38.40 46.2 44.3 53.7 43.2 46.3 43.2 18.6 43.2 38.90 46.1 44.5 53.7 43.3 45.7 43.4 18.5 43.0 39.40 46.7 44.3 54.4 43.2 45.9 43.3 18.8 43.1 39.90 46.5 44.3 54.0 43.5 45.2 43.2 18.6 43.2 40.40 46.4 44.2 54.0 43.6 45.3 43.8 19.1 43.0 40.90 46.4 44.2 53.8 43.3 45.2 43.0 18.6 43.5 41.40 45.7 44.7 54.1 43.9 45.3 43.9 18.8 43.5 42.40 46.6 44.8 53.9 43.3 45.3 43.7 19.0 43.2 42.90 46.2 44.6 54.0 43.7 45.3 44.0 18.8 43.2 43.40 46.0 44.3 54.0 43.1 45.6 43.1 18.6 43.4 43.90 45.8 44.8 54.0 43.2 45.2 43.4 18.5 43.7 44.40 46.6 44.5 53.7 43.3 45.3 44.2 18.5 43.4 44.90 46.9 44.5 53.9 43.5 45.5 44.4 18.8 43.7 32 45.40 45.9 44.6 53.9 43.6 45.6 44.3 18.9 43.8 45.90 46.3 44.4 53.8 43.5 46.2 44.8 19.2 43.9 46.40 46.5 44.8 54.1 43.7 45.1 44.8 19.2 43.8 46.90 46.2 44.0 53.7 43.9 45.3 44.3 19.1 43.0 47.40 46.5 44.2 53.6 43.5 45.6 44.4 19.2 43.0 47.90 46.3 44.1 53.6 43.7 45.2 44.4 19.4 43.0 58.23 46.3 44.6 52.3 43.1 44.9 44.2 19.1 43.9 58.73 46.2 44.6 52.0 42.5 43.2 43.8 18.5 43.6 59.23 45.3 44.8 51.9 42.7 42.7 42.5 18.9 43.7 59.73 45.1 44.3 51.9 42.6 43.1 42.3 18.7 42.6 60.10 45.8 44.0 52.0 41.7 42.5 40.3 16.4 41.4 60.60 45.0 44.1 51.9 41.4 42.6 40.5 16.2 41.1 61.10 45.0 44.1 52.0 41.4 42.4 40.3 16.0 41.8 61.60 44.2 43.4 51.6 41.5 42.5 40.2 15.9 42.0 62.10 43.6 42.2 51.7 41.9 42.0 40.6 14.8 41.1 62.65 43.2 41.2 51.4 42.0 41.9 38.1 44.6 39.5 63.15 43.8 40.8 51.4 41.4 41.8 38.7 44.6 39.2 63.65 44.6 40.8 51.3 41.4 42.0 38.2 46.2 39.5 64.15 44.5 40.3 51.3 41.2 41.7 38.9 46.4 39.2 64.65 44.2 40.3 50.7 41.3 41.3 38.3 46.5 39.1 65.15 44.3 40.4 50.9 41.6 42.2 38.7 46.2 39.3 65.65 44.0 41.0 50.8 41.5 41.1 38.2 46.9 39.5 66.15 44.8 39.6 50.8 41.1 41.3 38.5 47.3 39.2 66.65 44.2 38.1 50.5 40.4 40.8 37.6 51.8 37.9 67.65 44.2 37.3 50.1 40.6 40.7 37.7 52.7 37.7 68.15 44.3 37.2 50.4 39.9 40.6 37.2 52.0 37.2 68.65 44.2 36.0 50.0 39.9 40.3 37.5 52.4 36.9 69.15 43.2 38.9 49.8 39.6 40.8 37.6 52.6 36.8 69.65 43.1 39.0 49.6 39.8 41.0 37.9 52.5 36.1 70.15 43.6 38.9 49.5 39.7 40.8 37.0 52.9 36.0 33 70.65 43.7 38.9 49.5 39.8 40.6 37.5 52.8 35.3 71.15 43.6 38.9 49.3 39.8 40.7 37.1 52.4 35.1 71.65 43.3 39.1 49.2 39.1 39.8 37.4 52.6 35.0 72.15 43.2 38.8 49.2 39.9 40.2 37.4 53.2 35.8 72.65 43.6 38.7 48.7 38.5 39.9 37.5 53.8 35.2 73.15 43.3 38.7 48.8 38.5 39.6 36.5 47.2 35.7 73.65 43.2 38.8 48.2 38.9 39.8 36.2 53.1 35.4 74.15 43.4 38.4 48.4 38.4 39.4 36.6 54.3 35.2 74.65 42.7 38.6 48.3 38.9 39.3 36.8 54.5 35.6 75.15 42.7 38.3 48.0 38.7 39.2 36.4 54.3 35.1 75.65 41.7 37.9 48.1 37.9 39.5 36.1 55.1 35.4 76.15 41.5 38.1 47.5 37.8 39.4 36.7 54.7 35.3 76.65 41.3 37.9 47.5 37.7 39.6 36.8 54.7 35.3 77.15 40.3 37.8 47.5 37.5 39.7 36.5 55.5 35.3 77.65 40.0 37.6 47.4 37.2 39.6 36.9 55.3 35.5 78.15 40.0 37.6 47.1 37.6 38.7 36.6 55.0 34.8 78.65 39.8 37.7 47.0 37.8 38.5 36.5 55.1 34.5 79.15 39.6 37.4 46.8 37.5 38.6 36.4 54.3 34.3 79.65 39.7 37.2 46.4 37.8 38.3 36.3 55.2 34.6 80.15 39.6 36.9 46.3 36.8 38.2 36.8 55.0 34.9 80.65 39.3 37.1 46.2 36.4 38.6 36.7 54.5 34.8 81.15 39.4 36.5 46.0 36.5 38.7 36.5 55.3 34.0 81.65 38.9 36.5 45.8 36.3 38.5 36.6 55.3 34.6 82.15 38.8 36.5 45.9 36.4 38.4 35.8 55.7 34.2 82.65 38.5 36.4 45.6 36.7 38.3 35.2 56.0 33.9 83.15 38.2 36.5 45.7 36.3 37.9 34.6 55.6 33.4 83.65 38.3 36.1 45.6 35.2 37.6 34.3 56.1 33.1 84.15 38.3 36.0 45.3 35.2 37.0 34.5 54.4 32.9 84.65 37.8 35.8 45.2 35.2 36.8 34.2 54.6 32.8 85.15 38.5 35.4 44.9 34.9 36.2 33.9 54.4 32.4 34 85.68 38.1 35.4 44.8 34.6 35.9 33.5 54.6 32.1 86.18 38.0 35.1 44.7 34.1 35.4 33.4 54.1 31.9 86.68 37.4 34.3 44.9 33.9 34.6 33.2 54.3 31.6 87.18 37.5 34.8 44.0 34.1 34.1 33.7 54.4 31.5 87.68 37.3 34.9 44.0 33.6 33.6 32.4 54.3 31.2 88.18 37.4 35.0 44.2 33.4 33.2 33.3 54.3 30.0 88.68 37.3 34.6 43.8 33.2 32.5 32.5 54.5 30.2 89.18 36.8 34.8 44.1 33.0 32.1 32.2 53.7 29.5 89.68 36.6 34.9 44.0 29.5 32.3 31.8 52.5 28.6 90.18 36.2 34.2 43.8 29.5 32.3 31.2 49.7 28.0 90.72 35.5 34.3 43.5 28.4 32.5 30.6 49.9 27.6 o15号传感器在62小时前温度值均在20C以下，74小时后持续升温且高于相同时刻芯部温度值的情况分析此温度计已损坏，且在橡胶抽拔管抽出后很长时间才放置在橡胶管内造成温度记录不全，故舍弃15号测温计的温度记录值，管道内温度采用7号温度记录值。 根据表1和表2的实测环境温度记录，根据不同位置传感器所在的环境温度影响的箱梁截面边长，求得有限元模型采用的环境温度，混凝土浇筑过程中即施工阶段CS1和CS2的温度记录采用混凝土浇筑时的环境温度值。有限元模型环境温度见表6。 表6 有限元模型环境温度 温度时刻 环境温度 温度时刻 环境温度 温度时刻 环境温度 温度时刻 环境温度 0.00 20.00 26.55 43.05 47.40 44.00 77.65 38.08 1.00 19.50 27.05 43.55 48.40 43.66 78.15 38.27 2.00 19.00 27.55 43.65 48.90 43.73 78.65 37.99 3.00 18.50 28.05 43.41 49.40 43.66 79.15 37.75 4.00 18.00 28.55 43.39 49.90 43.84 79.65 37.77 5.00 17.50 29.05 43.45 50.40 43.96 80.15 37.69 6.00 17.14 29.55 44.03 50.90 43.96 80.65 37.85 6.15 17.14 30.05 43.82 51.40 43.99 81.15 37.63 9.13 16.90 30.55 43.70 51.90 44.07 81.65 37.35 9.55 16.86 31.05 43.74 52.40 44.01 82.15 37.37 35 10.05 17.49 31.55 44.05 52.90 43.83 82.65 37.21 10.55 17.56 32.05 43.92 53.40 43.83 83.15 37.12 11.05 18.97 32.55 43.86 53.90 43.71 83.65 37.05 13.05 22.07 33.05 43.85 64.23 43.92 84.15 36.97 13.55 23.48 33.55 43.87 64.73 43.31 84.65 37.09 14.05 24.71 34.05 44.08 65.23 42.94 85.15 36.84 14.55 26.48 34.55 43.82 65.73 42.63 85.65 36.92 15.05 27.65 35.05 44.09 66.10 41.78 86.15 36.62 15.55 29.08 35.55 44.12 66.60 41.73 86.65 36.50 16.05 30.47 36.05 43.81 67.10 41.66 87.15 36.35 16.55 31.94 36.55 43.91 67.60 41.55 87.65 36.28 17.05 34.05 37.05 43.97 68.10 41.41 88.15 36.13 17.55 35.51 37.55 44.04 68.65 40.35 88.65 36.02 18.05 36.69 38.05 43.96 69.15 40.17 89.15 35.74 18.55 38.04 38.55 43.98 69.65 40.15 89.65 35.27 19.05 38.92 39.05 43.71 70.15 40.07 90.15 35.08 20.05 39.50 39.55 43.84 70.65 39.84 90.65 34.87 20.55 39.76 40.05 43.79 71.15 40.01 91.15 34.70 21.05 39.88 40.55 43.75 71.65 40.15 91.68 34.42 21.55 40.33 41.05 43.84 72.15 39.72 92.18 34.07 22.05 40.88 43.05 43.90 72.65 38.55 92.68 33.77 22.55 41.11 43.40 43.74 73.65 38.45 93.18 33.93 23.05 41.36 43.90 43.66 74.15 38.22 93.68 33.58 23.55 41.65 44.40 43.68 74.65 38.02 94.18 33.51 24.05 41.78 44.90 43.71 75.15 38.37 94.68 33.27 24.55 42.38 45.40 43.64 75.65 38.42 95.18 32.98 25.05 42.76 45.90 43.61 76.15 38.38 95.68 31.57 25.55 42.43 46.40 43.71 76.65 38.36 96.18 31.30 26.05 43.05 46.90 43.69 77.15 38.22 96.72 30.87 模型建立后，再次检查相关参数和边界条件，执行“运行分析”，对结构进行计 36 算。计算顺利完成后，在菜单“结果”命令中查看水化热的分析结构，可查阅各施工工况下各时间段所对应的温度值、应力应变值等相关的分析结果。 3.6 本章小结 (1)介绍了有限元分析方法的基本原理; (2)有限元通用软件MIDAS,Civil的特点及主要功能; (3)有限元计算的数值计算方法，确定导热微分方程和边值条件; (4)介绍了温度场有限元计算法; (5)根据有限元计算原理，建立了箱梁温度场有限元模型。 37 第四章 箱梁蒸汽养护温度场及温度应力有限元分析 4.1 箱梁蒸汽养护温度场有限元计算及分析 4.1.1 概述 900t箱梁混凝土内各个点上温度的集合称为温度场。它是时间和空间坐标的函数。温度T这个数量通常是空间坐标(x，y，z)和时间变量的函数，即T=(x，y，z，t)。这是三维非稳态(瞬态)温度场，在此温度场中发生的导热为三维非稳态(瞬态)导热。不随时间而变的温度场称为稳态温度场，即T=(x，y，z)，此时为三维稳态导热。对于一维和二维温度场，稳态时可分别表示为T=f(x)和T=f(x，y)，非稳态时则分别表示为T=f(x，t)和T=f(x，y，t)。 4.1.2 梁端温度场有限元计算及分析 图14 箱梁温度场有限元分析关键节点示意图 为了对结构的温度场进行有效的分析，在箱梁A-A截面上取11个节点，如图14所示。分别对底板、腹板、顶板温度梯度以及混凝土芯部、表层和预应力管道位置进行分析，并将各时刻有限元分析的箱梁截面温度场云图给出如图15-图17所示。 38 图15 底板节点温度随时间变化曲线 图16 腹板节点温度随时间变化曲线 图17 顶板节点温度随时间变化曲线 39 从图15至图17可以看出，底板、腹板的芯部和表层温度梯度较大，多数时刻温差 o达到了13C，而顶板温度梯度则相对较小。分析其原因主要是底板和腹板浇筑时间过 oo长，环境温度在15C,18C间，环境温度相对较低，表层混凝土温度受环境温度影响较大，而芯部混凝土的温度受环境温度影响很小，且底板和腹板混凝土在蒸汽养护前比顶板混凝土受外部环境温度影响时间长，所以内外温差较大。顶板混凝土在浇筑后初期表层混凝土受环境温度影响较大，后期蒸汽养护开始，顶板比底板和腹板受低温影响时间较少，故顶板后期内外温差相对较小。 由以上分析可以知道，环境温度偏低时要减少混凝土浇筑时间，在寒冷季节施工，尽量选在中午温度较高时进行混凝土浇筑作业，以避免箱梁在腹板的厚度方向上产生较大的温差和较大的温度应力致使混凝土产生裂缝。 图18 芯部、管道、表层温度随时间变化曲线 由图18可以看出，芯部混凝土在达到最高温度值之前，温度急剧上升;在达到最高温度后，温度逐步下降，但温度下降的幅度要小于温度上升的幅度。这是由于混凝土内部的水泥水化作用大部分集中在浇筑后的起初几天内发生，水化生成热大于散失热量，而后混凝土内部水化作用逐渐减弱，水化生成热与散失热量基本持平，同时混 o凝土内部温度也在第52小时达到其最高值59.2C，随着时间的推移混凝土内部温度逐渐降低。整个过程就是混凝土内部温度场从不稳定温度场向稳定温度场的变化过程。 由节点N136和节点N145的温度变化曲线可以看出箱梁最高温度点混凝土芯部温度 o与管道温度相差约2C，由此可以在后续箱梁施工过程中通过在靠近芯部的预应力管道中埋设传感器来推断芯部温度，并可以利用MIDAS软件模拟实际条件加以验证，使传感器能够循环使用，节约成本。 40 图19 腹板和底板芯部温度随时间变化曲线 图20 悬臂板端部温度随时间变化曲线 图19表明箱梁截面各时刻的最高温度并不总是出现在腹板与顶板相交处芯部，混凝土浇筑完成后的14小时内由于底板混凝土先水化，故此时段内箱梁截面最高温度出现在底板。 混凝土结构由于水化热引起了各个截面的温度变化。开始时，同层浇筑的混凝土截面各个节点及单元的温度大体上保持一致，但是随着混凝土水化程度的不断加深以及表层混凝土与空气接触，热交换剧烈，在大量水化热不断散失的影响下，其温度增长比混凝土内部的温度发展缓慢一些，同时由于混凝土材料的不均匀性，经过一段时间后，在混凝土内部逐渐形成了较为明显的温度场，混凝土的内部最高温度可以达到 o近60C。 41 图21 混凝土浇筑1小时后A-A截面温度场云图 图22 混凝土浇筑7小时后A-A截面温度场云图 图23 混凝土浇筑11小时后A-A截面温度场云图 42 图24 混凝土浇筑20小时后A-A截面温度场云图 图25 混凝土浇筑35小时后A-A截面温度场云图 图26 混凝土浇筑52小时后A-A截面温度场云图 43 图27 混凝土浇筑65小时后A-A截面温度场云图 图28 混凝土浇筑80小时后A-A截面温度场云图 图29 混凝土浇筑97小时后A-A截面温度场云图 44 混凝土的浇筑是一个连续的过程，初期箱梁截面最高温度出现在底板，然后瞬时截面最高温度位置随时间逐渐由底板沿腹板向顶板移动，在截面最高温度的这一动态变化过程中，蒸汽养护最高温度出现在第52小时箱梁截面的顶板与腹板相交处芯部， o温度值为59.2C 4.1.3 跨中温度场有限元计算及分析 图30 箱梁温度场有限元分析关键节点示意图 在箱梁B-B截面上取9个节点，如图30所示。分别对底板、腹板、顶板温度梯度以及混凝土芯部、表层温度进行分析，并将各时刻有限元分析的箱梁截面温度随时间变化曲线给出如下图所示。 图31 底板节点温度随时间变化曲线 45 图32 腹板节点温度随时间变化曲线 图33 顶板节点温度随时间变化曲线 图34 芯部、表层温度随时间变化曲线 46 从图31至图33可以看出，由于跨中标准段底板、腹板和顶板厚度相对梁端截面尺 o寸小很多，除初期在环境降温阶段表层混凝土受环境影响较大其温度梯度较大达到7C o外，混凝土浇筑24小时后，温度梯度并不大(约为3C)。由于芯部混凝土受环境气温 o影响相对表层小，在初期环境气温下降阶段芯部和表层最大温差达到了15C。所以在气温较低的季节进行混凝土施工最好选在气温相对较高的白天进行。 o跨中段混凝土最高温度出现在第50小时，温度值达到53.4C，各时段温度场云图如图35至图43所示。 图35 混凝土浇筑1小时后B-B截面温度场云图 图36 混凝土浇筑7小时后B-B截面温度场云图 47 图37 混凝土浇筑11小时后B-B截面温度场云图 图38 混凝土浇筑20小时后B-B截面温度场云图 图39 混凝土浇筑35小时后B-B截面温度场云图 48 图40 混凝土浇筑52小时后B-B截面温度场云图 图41 混凝土浇筑65小时后B-B截面温度场云图 图42 混凝土浇筑80小时后B-B截面温度场云图 49 图43 混凝土浇筑97小时后B-B截面温度场云图 由于跨中标准段底板、腹板和顶板厚度相对梁端截面尺寸小很多，受环境温度影 o响较大，所以B-B截面温度比A-A截面温度低，芯部最高温度比A-A截面低了约5.8C。 4.1.4 箱梁蒸养理论值与实测值对比分析 德惠制梁场001#箱梁温度场MIDAS计算值和实测值比较分析结果如下: 图44至图49给出了底板混凝土浇筑完成后第6小时(即箱梁混凝土浇筑完成时第1小时)距梁端1m处A-A截面芯部(测点4)、N10橡胶抽拔管处(测点7)及跨中B-B截面混凝土芯部(测点11)、腹板箱内表层(测点9)、腹板箱外表层(测点3)、顶板箱外表层(测点5)的理论值及实测值随时间变化曲线图。 测点4理论值及实测值随时间变化曲线图 70.0 60.0 50.0 40.0测点4温度理论值 测点4温度实测值30.0温度,C, 20.0 10.0 0.0 61015253040505360708090 时间(小时) 图44 测点4理论值及实测值随时间变化曲线图 50 测点11理论值及实测值随时间变化曲线图 60.0 50.0 40.0 测点11温度理论值30.0 测点11温度实测值温度,C,20.0 10.0 0.0 61015253040505360708090 时间(小时) 图45 测点11理论值及实测值随时间变化曲线图 测点7理论值及实测值随时间变化曲线图 70.0 60.0 50.0 40.0测点7温度理论值 测点7温度实测值30.0温度,C,20.0 10.0 0.0 610152530405053607080 时间(小时) 图46 测点7理论值及实测值随时间变化曲线图 测点9理论值及实测值随时间变化曲线图 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 测点9温度理论值25.0测点9温度实测值 20.0温度,C,15.0 10.0 5.0 0.0 61015253040505360708090 时间(小时) 图47 测点9理论值及实测值随时间变化曲线图 51 测点3理论值及实测值随时间变化曲线图 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0测点3温度理论值25.0测点3温度实测值 20.0温度,C,15.0 10.0 5.0 0.0 61015253040505360708090 时间(小时) 图48 测点3理论值及实测值随时间变化曲线图 测点5理论值及实测值随时间变化曲线图 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0测点5温度理论值25.0测点5温度实测值 20.0温度,C,15.0 10.0 5.0 0.0 61015253040505360708090 时间(小时) 图49 测点5理论值及实测值随时间变化曲线图 图44和图45中混凝土芯部温度理论值和实测值在静停阶段和降温末阶段有些偏差，在包括最高温度时刻在内的大多数蒸汽养护时间内，理论值和实测值吻合情况较好。分析产生偏差的原因有001#箱梁浇筑时间较长，从底板开始浇筑至顶板浇筑完成达8个小时，混凝土从拌合站出机到入模之间等待时间较长，在输送罐车内混凝土已经水化生成水化热一段时间，而在MIDAS计算中混凝土的水化生成热是在计时开始时才发生，由于实际的混凝土在入模时急剧升温的时刻已过，所以混凝土入模后初期实测温升曲线较为平缓，理论计算的温升速率大于实测的温升速率。而在降温末阶段，由于实际的混凝土水化热时间大于理论时间，在此阶段实际的混凝土水化热小于计算值，即水化生成热与放热差值大于计算差值，所以图中的实测温度曲线降温速率大于理论降温速率。 图46给出的是距梁端1m处N10预应力钢筋橡胶抽拔管内温度的实测值与理论值的 52 o对比曲线图。图中两条曲线的形状基本一致，在任一时刻实测值比理论值约小3-5C，分析其产生偏差的原因有温度计的系统误差或抽拔管拔出后温度计的埋设位置偏差造成的，因为沿梁长方向预应力管道是抛物线形状，与梁端距离不同其在箱梁横截面的位置也不同，与要求埋设位置差距越大实际埋设点的位置越向底板靠近即温度值也会越低。 图47至图49为箱梁顶板顶面、腹板箱内外表面温度理论值和实测值的对比曲线图。由于测温计并没有埋入箱梁内，而是紧贴模板布置和置于混凝土表层，所以在恒温阶段开始前，测温计测量的只是环境温度，并未真实的反映出混凝土表层的温度。在约20,30小时之间时环境温度值已超过箱梁表层温度值，第25小时开始处于恒温阶段，在第30,35小时之间由于表层混凝土受环境因素影响较大，其温度值与开始与环境温度接近但小于理论值，这是因为表层混凝土一方面受环境影响另一方面也在水化生成热，所以在恒温阶段和降温阶段箱梁表层混凝土理论温度值大于测量值。 图47至图49中在约30小时后测点3和测点5的测量值与理论值偏差比测点9大，实际情况是测点9位于箱内，测点3和测点5位于箱外，箱外的蒸汽养护温度由于蒸汽养护棚罩遮盖不严等问题易受外界环境影响，而箱内温度受此影响很小。 箱内表层混凝土、箱内表层、箱内、箱外环境温度随时间变化曲线图 50.0 45.0 40.0 35.0箱内表层温度 30.0箱内环境温度25.0箱内表层混凝土理论温度 20.0温度,C,箱外环境温度15.0 10.0 5.0 0.0 61015253040505360708090 时间(小时) 图50 箱内表层混凝土、箱内表层、箱内外环境温度随时间变化曲线图 图50表明在恒温阶段开始后箱内混凝土表层温度高于箱内表层环境温度，箱内表层环境温度高于箱内环境温度，箱内环境温度高于箱外温度，用箱内表层温度推算混凝土表层的方法可行。 本章利用有限元软件MIDAS/CIVIL模拟水化放热和对流边界条件来仿真蒸汽养护期间箱梁截面温度场分布，并与现场实测结果进行对比分析，实测的温度场分布规律 53 与计算结果基本一致，表明模拟工况与实际过程相符，采用的计算参数基本正确。 4.2 箱梁蒸汽养护温度应力有限元计算及分析 4.2.1 概述 温度应力是由物体内的温度改变而引起的。当物体中各部分发生温度改变时，将引起热胀冷缩的变形，而这种变形受到物体内部各部分之间的相互约束及边界上约束的限制，不能完全自由地发生，这些约束引起的约束反力即温度应力。箱梁在蒸汽养护期间的温度应力是一个较为复杂的问题，由于混凝土体积较大，混凝土温度应力的规律较为复杂，同时由于对混凝土温度应力影响因素很多，一般主要考虑混凝土自身的一些力学特性(混凝土的徐变、弹性模量、干缩等)的影响。因此，在分析箱梁蒸汽养护期间混凝土温度应力时，既要分析大体积混凝土温度应力的一般规律，同时也要考虑在多种因素作用下的温度应力分析。 箱梁在蒸汽养护期间的温度应力属于浇筑期的早期应力，在此期间，混凝土放出 o大量的水化热，引起温度场的急剧变化，发生约30C左右的绝对温升，并在箱梁表面进行散热过程。同时混凝土逐渐由流态转入固态，弹性模量随时间迅速增长。 4.2.2 引起箱梁混凝土温度应力的原因 自生应力:边界上没有受到任何约束，箱梁内部温度是非线性分布的，由于结构自身各部位的相互约束而产生的应力称为自生应力。在箱梁蒸汽养护期间，表面温度低，内部温度高，表面的温度收缩变形受到内部的约束，在箱梁表面出现拉应力，在内部出现压应力。自生应力的特点是在整个断面上，拉应力和压应力须保持平衡。 约束应力:箱梁边界受到外界约束，温度变化时不能自由变形而引起应力。箱梁在蒸汽养护期间受到内模板和外模板约束而产生应力，对于箱梁蒸汽养护期间出现的两种应力，计算时应为两种应力的叠加。 4.2.3 温度应力模拟分析的步骤 本文运用MIDAS有限元分析软件对箱梁蒸汽养护期间混凝土温度应力模拟分析可 [4]分为三个过程: ?建立模型，确定必要的参数。主要包括混凝土弹性模量、徐变等时间依存性材料特性，边界的设置等。 ?温度应力过程分析。主要包括温度设置、热源分配、施工过程模拟时间的设置 54 等。 ?结果分析。主要包括温度应力变化图形、位移变化图形等。 4.2.4 有限元计算结果及分析 混凝土的浇筑是一个连续的过程，为了更加准确的分析混凝土在浇筑过程中温度场、温度应力及温度引起的位移的变化，模型中按实际的混凝土浇筑过程建立了三个施工阶段进行有限元分析。 第一施工阶段CS1浇筑底板阶段 第二施工阶段CS2浇筑腹板阶段 第三施工阶段CS3浇筑顶板阶段 在三个施工阶段中分别激活或钝化相关结构组、边界组、约束条件。 4.2.5 温度应力位移变化分析 图51 1/2箱梁模型温度应力云图 图52 跨中模型温度应力云图 55 图53 跨中模型温度变形云图 图54 梁端模型温度应力云图 图55 梁端模型温度变形云图 图53和图55表明沿混凝土厚度最大的方向变形也最大，由于图中沿梁长方向取1m 56 长单元实体，在此方向温度应力引起的变形并未反映真实情况，由于箱梁长32.6m，在梁长方向温度应力引起的变形是最大的，这也是在箱梁混凝土浇筑后端模最易变形的原因之一，而在模型的建立过程中，都是假设模板具有足够的刚度和强度。 图56 梁端模型箱梁横截面倒角处表层混凝土最大拉应力及容许拉应力曲线图 图57 梁端模型箱梁外表面最大拉应力及容许拉应力曲线图 57 图58 跨中模型箱梁横截面倒角处表层混凝土最大拉应力及容许拉应力曲线图 图59 跨中模型箱梁外表面最大拉应力及容许拉应力曲线图 从温度应力变化图形可以看出，开始时混凝土箱梁温度场变化不大，此时箱梁截面温度应力基本一致。随着水泥水化程度的加深和箱梁与外界环境的对流形成及加速，箱梁截面形成较大的温度梯度，同时在模板等边界约束的条件下，箱梁内部也形成较为明显的应力场。 由于箱梁混凝土内部温度高于表层温度，膨胀也大于表层混凝土，所以内部混凝土主要受压应力，表层混凝土主要受拉应力。图52和图54表明随着水化热的进行箱梁横截面倒角处即腹板与顶板和腹板与底板相交处表层混凝土所受拉应力最大，A-A截面 58 最大拉应力值达3.58MPa。 图56至图59表明箱梁A-A截面倒角处混凝土所受拉应力最大。在箱梁中混凝土是用来承受压应力的材料，钢筋是承受拉应力的材料，但是在蒸汽养护期间水化热还在进行，混凝土和钢筋还没有形成共同工作状态，此时的拉应力主要由混凝土承受，所以当混凝土所受的拉应力大于混凝土的容许抗拉强度时就易产生裂缝。图56中梁端底板倒角即节点N567处在底板混凝土浇筑完成后第28,46小时间混凝土拉应力超过了容许抗拉强度，易产生裂缝。 4.3 本章小结 (1)通过采用有限元软件MIDAS/Civil软件对900t箱梁进行模拟水化放热和对流边界条件来仿真蒸汽养护期间箱梁截面温度场分布，并与现场实测结果进行对比分析，实测的温度场分布规律与计算结果基本一致，表明模拟工况与实际过程相符，采用的计算参数基本正确。 (2)分析了箱梁混凝土产生温度应力的原因，即来自箱梁自身应力和箱梁边界的约束应力两类。通过有限元温度应力变化计算结果，找出易产生裂缝的薄弱部位，即梁端底板倒角在底板混凝土浇筑完成后受拉应力影响易产生裂缝。 59 第五章 箱梁混凝土温度应力裂缝控制措施 箱梁蒸汽养护阶段裂缝的产生主要是由混凝土所受的拉应力大于混凝土的容许抗拉强度产生的，容许抗拉强度随时间的增长与温度影响不大，而混凝土的应力状态却紧密的与箱梁温度分布相联系。箱梁截面的应力状态是由温度分布不均引起的各部分 o热胀冷缩的不同引起的。蒸汽养护阶段，当混凝土箱梁内部与表层温差超过15C时，这种内部和表层热胀冷缩的不均匀引起的混凝土表层拉应力容易导致表层混凝土所受拉应力大于混凝土的容许抗拉强度，从而易导致裂缝的产生，所以要对裂缝进行控制必须对箱梁混凝土内外温差进行控制，要采取相应措施。 5.1 事前控制措施 5.1.1 施工工艺及方案 混凝土施工选择合理的施工方案，混凝土入模后的内部最高温度值最高不高于oo65C，必须控制在60C以内。事先可根据拟定的施工方案进行温度场分析及温度应力验算，根据结构应力验算结果决定施工方案，提出混凝土的温度控制值，并在施工过程中测定芯部和表层温度，施行严格的温度控制。实际施工过程中，根据监测结果不断调整计算用参数，修正计算模型，并预测后续箱梁温度场及应力的变化趋势，调整、完善温控方案，从而实现施工控制的信息化，为防止箱梁温度裂缝的产生提供依据。 o蒸汽养护工艺要保证升温速率和降温速率宜控制在10C/h以内，前2h的升温速率 oo控制在5C,8C。具体升温速率要根据混凝土浇筑时的环境温度、混凝土入模温度等条件确定，过快或过缓的升温和降温速率都会造成内外温差过大导致混凝土开裂。恒温 o阶段环境温度值不宜超过45C。 5.1.2 混凝土原材料、配合比 选择混凝土原材料、优化混凝土配合比的目的具体来说就是要求混凝土的绝热温升较小、抗拉能力较大、线膨胀系数较小，变形最好是微膨胀，至少是低收缩。水泥一般选用低热水泥或普通硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰，掺入粉煤灰的目的在于降低混凝土绝热温升、提高混凝土抗裂能力、提高混凝土后期强度。在保证混凝土强度及流动性条件下，尽量节省水泥，降低混凝土绝热温升。 60 5.2 施工过程控制措施 5.2.1 入模温度及温差控制 入模温度对控制混凝土的裂缝非常重要，同样的混凝土，入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多。这主要是因为混凝土浇筑温度越高，水化反应越快，释放的 [40]热量也越多，升温越高，又进一步加速水化反应，因此必须对入模温度进行控制。在气温较低的季节进行箱梁蒸汽养护施工，如果入模温度较低，在蒸汽养护阶段接触蒸汽的表面比内部混凝土硬化的快，等到内部升温而膨胀时，表面产生拉应力容易开裂。 混凝土温差控制应确保芯部和表层、表层和环境、箱内和箱外的温差不宜大于o15C。 5.2.2 混凝土灌注时间 减少混凝土灌注时间，在气温较低的季节，如果混凝土灌注时间较长，芯部混凝土水化升温较快而表层混凝土易受环境温度影响长时间保持在低温易造成内外较大的温差，所以在低温季节施工可通过工序调整使混凝土的浇筑时间避开当天的低温时段， [1]尽量选在中午气温较高时段进行混凝土浇筑施工。合理确定拆模时间，混凝土芯部温度在达到最高值后温度缓慢降低，外界气温较低时，如果拆模时间较少，则芯部温度仍过高，则混凝土表层容易产生裂纹。 5.2.3 二次振捣 混凝土初凝以后，不允许受到振动。由第四章温度应力有限元分析可知箱梁的裂缝主要产生在端头腹板与顶底板倒角处，此处混凝土在初凝前刚接近初凝时再进行一次振捣，二次振捣可克服一次振捣的水分、气泡上升在混凝土中所造成的微孔，提高混凝土的强度、密实性和抗渗性，可以使此处混凝土内外温度较为均匀，即消除一部分内外温差，从而有效地预防倒角处裂缝的产生。 5.2.4 加强养护 在蒸汽养护结束后，应对箱梁采取保温措施，如覆盖塑料薄膜等，以防止低温下箱梁暴露在空气中芯部和表层产生较大温差。直接暴露在阳光照射下的箱梁，易产生由于混凝土干燥收缩产生的裂缝，所以应对箱梁表面进行喷涂养护剂或养护用水进行 o养护，养护用水与箱梁表层温差不大于15C。 61 5.3 施工组织控制措施 5.3.1 加强施工管理，提高混凝土施工质量 缩短混凝土浇筑时间、缩短相邻浇筑层的间隔时间能减少不同层或块浇筑的混凝土的约束作用，减小约束应力。混凝土浇筑完成后及时采取养护措施。 5.3.2 加强箱梁蒸养期间恒温期的监控 蒸汽养护期间，箱梁芯部最高温度出现在恒温阶段，而表层温度接近环境温度即与恒温值相近，所以此阶段芯部与表层的最大温差出现在芯部的最高温度时刻。 5.4 本章小结 本章根据前面章节关于箱梁混凝土温度场及温度应力的有限元计算及分析结果，有针对性的提出了箱梁混凝土施工过程中温度应力裂缝的控制措施，分事前控制、过程控制和组织控制三大方面和八个具体应采取的措施实施控制。为类似大体积混凝土工程施工提供理论依据和实践借鉴经验。 62 第六章 总结与展望 6.1 总结 本文对客运专线箱梁预制蒸汽养护工艺进行了系统的介绍，通过有限元分析软件MIDAS\CIVIL建立了箱梁的实体模型，模拟实际混凝土水化放热温度场分布，进行温度场及温度应力的计算并与实测值进行了对比分析，验证了该箱梁的蒸汽养护措施合理，可以有效控制温度裂缝的出现，并对箱梁蒸汽养护施工中的温度控制提出必要措施。 本文通过对实际模型进行简化，利用有限元软件MIDAS\CIVIL，建立混凝土箱梁横断面的有限元模型，分析混凝土箱梁在蒸汽养护过程中的温度场的变化规律，确定芯部混凝土最高温度、最高温度时刻，并对德惠制梁场001#箱梁蒸汽养护实测值与理论计算值的偏差原因进行了分析，总结出了箱梁蒸汽养护期间温度场及温度应力的一般规律，以便指导施工，提高施工质量，保证施工安全。 (1)通过对整个蒸汽养护过程的模拟计算，得出箱梁蒸汽养护约50小时左右达到 oo最高值，A-A截面芯部温度最大值为59.2C，B-B截面芯部温度最大值为53.4C，箱梁表 o面温度接近环境温度45C，确定此刻温差较大宜产生温度裂缝。 (2)重点对比分析了混凝土箱梁芯部与表层的温度全程变化曲线，并将理论值与实测值对比分析，对比结果基本吻合，验证了所建立的模型及选择的参数基本正确。 (3)分析了箱梁的温度应力分布，指出了箱梁截面最大拉应力易发生的位置在箱梁腹板与底板、腹板与顶板的倒角部位，给出了拉最不利位置处拉应力值随时间发展变化的曲线，并提出了进行温度控制的措施和方法，为混凝土箱梁的施工提供了一定参考。 6.2 展望 900t箱梁混凝土温度场是一个极为典型复杂的三维场问题，影响因素众多，特别是温度应力场的模拟计算牵涉到早期混凝土的物理特性，且受实际施工环境的影响很大，因此模拟分析还需进一步的改进。限于作者水平，再加上时间仓促，对混凝土箱梁的温度场的研究还很不全面，在这个领域还有许多问题需要研究: 1、在模拟水泥水化温度场时，所选参数(热传导系数、比热、对流系数等)及模型中采用的一些假设与客观实际有一定的差距，初始条件、边界条件的选择也存在一定 63 的理论误差。 2、在混凝土的入模温度方面，实际的每盘混凝土的入模温度并不一致，有的可能相差较大。模型中的环境温度是实测值的平均值，而养护罩内实际的环境温度在各个位置并不一定相同，箱内的温度比箱外的环境温度稍高，模型中未能考虑这一点。在箱梁蒸汽养护结束后也没有对001#箱梁继续进行实测记录，以致未能得到更进一步的结论。 因此，这些问题还需要进一步的探索。 64 参考文献 [1] 李东开,金正浩,苏家林:混凝土冬季施工,中国水利水电出版社.2001，27,123 [2] 朱伯芳:大体积混凝土温度应力与温度控制,中国电力出版社,1998，12,36 [3] 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攻读学位期间参与课题目录 参与课题 2008年 铁路客运专线双线整孔后张法预应力箱梁预制施工技术 2008年度公司科技进步奖三等奖 2009年 混凝土箱梁蒸汽养护温度场及温度应力有限元分析 2009年度公司科技进步奖三等奖 72