关键词：大体积；混凝土；温度损伤
大体积混凝土结构浇筑体积大、材料用量多，散热性差，对温度荷载相对敏感。大体积混凝土结构在浇筑时，水泥水热化反应对温度产生影响，在温度升高的情况下，混凝土发生损伤。
1.大体积混凝土温度裂缝的产生原因
随着城市化建设进程加快以及高层建筑数量增多，对大体积混凝土结构依赖性也日渐增强。大体积混凝土较为容易出现大量裂缝，而裂缝会对混凝土质量产生直接影响。裂缝发生的因素较为复杂，温度是其中的主要因素。混凝土中的胶体材料在产生热量后对混凝土结构造成影响，大体积混凝土结构含有的水泥量大，水化反应中释放大量的热，在内外温度的影响下，结构会发生变形，加剧温度裂缝的产生。混凝土结构尺寸及内外温差较大的情况下，容易形成贯穿性裂缝，对建筑的可靠性造成影响。拉应力的作用下，部分裂缝演变成封闭的裂缝，鉴定工作开展困难，对整体工程的建设质量造成影响。
2.混凝土浇筑温度计算
2.1模型
以水利工程为例，工程建设过程中护坦及水电站尾水管等能作为混凝土浇筑块。此类混凝土结构体积大，温度应力控制难度大，经常存在裂缝。假定混凝土浇筑块截面尺寸为15m*45m，厚度为9m。以浇筑侧基岩短边为x轴，基岩短边右侧外延为y轴，铅直方向为z轴，以上为正方向，见图1。
2.2条件
工程在高原地区兴建，地处大陆性气候，气温变化大，最高温度为39℃，最低温度为-23℃，降雨量不多。混凝土浇筑块区域施工过程中，全年温度最低为-5.9°，最高为22℃，混凝土、基岩热力学参数，见表1。
在计算混凝土弹性模型时，利用公式：，计算单位为,MPa，表示混凝土的龄期，时间为d，E表示弹性模量，参数为20300MPa。混凝土徐变度C的计算公式为：
在此公式中A1参数为5.95，B1参数为54.58，C1参数为0.45，D1参数为0.3，A2参数为13.42，B2参数为22.85，C2参数为0.45，D2参数为0.004。混凝土在5月份开始浇筑，浇筑时间为2d，浇筑高度为3m，第一次浇筑后的7d展开第二次浇筑，共计浇筑23d，浇筑温度为10℃。温度场仿真计算过程中，基岩底部及侧面处于绝热状态，基岩顶部及浇筑顶面及建筑四面属于气温界面，与环境发生对流反应。在应力场计算过程中，基岩地面增加约束，左右两个侧面施加y向约束，前后面增加x向约束。
2.3结果
根据混凝土的浇筑块施工进度及热力学参数等，在ANSYS参数化脚本下对APDL参数进行设置，构建混凝土浇筑块温度场及应力场仿真模型，将混凝土浇筑期限设定为360d，对温度荷载的水化反应及温度变化进行模拟，整体施工过程中并未采取控温措施。温度应力计算后，观察施工末期及30d末、60d末、90d末、270d末的奠定阶段变化，确定混凝土浇筑温度应力最大值及发生位置（见表2）。
对上表进行分析，不同时间下的应力最大值y向在x向之上，即温度应力与混凝土浇筑的方向长度存在联系。在应力的作用下，x，y拉应力最大值在浇筑面，受到结构表面散热性的影响，局部温度梯度变化大，能观察到接近底面约束区z向温度应力大。温度应力最大值发生在冬季，x向应力最大值为1.71MPa，y向应力最大值为2.81MPa。
3.温度损伤计算
3.1指数模型
相关研究人员建立水利工程单轴拉伸试验，通过等效应变假设及数学回归模型，利用有限元计算方法进行探索，建立指数函数模型。该模型能将应变作为临界，在分段函数下建立应变到损伤的关系模型。模型与混凝土损伤模型相比具有良好的适用性，利用等效应变假定能将二维及三维复合型及非机械应变问题处理。实际应用中应当注意演化方程的使用，从而有效求解温度损伤量。方程为： 
公式中D表示节点温度损伤，Df表示损伤值，D0表示初始损伤，T表示节点应变，f表示峰值应变，u表示最大应变，B、C为常数。
3.2温度损伤计算
利用ANSYS有限元平台对大体积混凝土浇筑结构温度应力场进行计算，对结构中的周期节点应变量结算，在APDL下提取应变量。过程为：①分解有限元模型温度应力计算结果。②处理后显示应变结果。③提取节点坐标及应变量。④将节点坐标及应变量带入Excel中。混凝土损伤模型设定为D=f（），在该模型下探讨大体积混凝土温度损伤。针对浇筑模型中的节点应变量及指数函数模型，对结构节点应变量进行分析。对比T及f的关系，判断全部节点等效应变量，获得时域中的温度荷载损伤场。
为探讨混凝土浇筑损伤分布位置及程度，对计算结果进行可视化处理。利用软件Tecplot 360绘制混凝土浇筑块温度线路图，对浇筑关键位置的损伤量进行分析。结果可知，自混凝土结构的左右侧面损伤情况看，损伤程度差异不大，与顶面及底面存在差异，底面损伤大，顶面损伤小，说明混凝土结构损伤是一个自下而上的过程，浇筑块结构损伤分布规律与应力分布规律类似。说明应力发展规律不同于损伤规律，单纯自应力角度分析存在问题，还需对结构体损伤进行探索。
结束语
针对混凝土浇筑块温度及应力场，建立指数热损伤模型，对混凝土块损伤进行计算。为直观认识混凝土热损伤分布，探索典型剖面损伤情况，对函数模型的可行性进行分析。利用指数模型对混凝土热损伤进行探讨，能探究重力坝及拱坝情况，为工程的实际建设作出指导。但单纯的探索应力角度存在问题，还需展开综合性思考。
参考文献
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论文作者:朱张丰 王增刚
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷16期
论文发表时间:2019/11/20
标签：混凝土论文; 损伤论文; 温度论文; 应力论文; 模型论文; 裂缝论文; 体积论文; 《城镇建设》2019年2卷16期论文;