【正文】 ...........................................……工程概況..........................................................................................……對溫度場的模擬............................................................................……213混凝土早期應力場..................................................................................……..................................................................……熱膨脹系數(shù).....................................................................................……力學性能的成長............................................................................……對徐變的考慮................................................................................……對鋼筋的考慮................................................................................……熱一結構效應禍合...............................................................................……溫度應力的有限元模擬..................................................................……溫度應力模擬的有限元原理...................................................……溫度應力的計算和分析..............................................................……334國家體育場鋼結構混凝土承臺基座的溫度應力及裂縫控制............................................................................................................................……394.1工程概況................................................................................................……394.2溫度場分析...........................................................................................……404.2.1溫度場分析參數(shù)............................................................................……404.2.2溫度場分析.....................................................................................……424.3應力場分析...........................................................................................……514.3.1混凝土應力分析參數(shù)確定:....................................................……514.3.2混凝土應力場分析:..................................................................……534.3.3考慮徐變的混4.3.4考慮鋼筋的混凝土應力場分析:凝土應力場分析:...........................................……55...........................................……555結論..................................................................................................................……56參考文獻.............................................................................................................……5”緒論我國的工業(yè)設施、基礎設施以及民用建筑大量采用混凝土和鋼筋混凝土結構。從而導致我國規(guī)范、規(guī)程乃至各種設計參考書中都很難找到這類結構具體的設計方法?；炷翜囟葢傲芽p理論課題背景混凝土工程技術在不斷取得進步的同時也不可避免地暴露出了一些問題,其中現(xiàn)代混凝土的早期體積穩(wěn)定性越來越差,由此造成的混凝土早期裂縫問題成為當前工程界函待解決的問題。其次,從施工工藝的角度看,泵送施工增加了水泥用量、砂率、坍落度,現(xiàn)澆成型又提高了養(yǎng)護的難度,這些都加劇了混凝土早期裂縫的出現(xiàn)。在理論計算模型中,考慮了早期混凝土溫度變化、溫度傳導以及混凝土配筋因素。國內(nèi)在60年代,對混凝土收縮和徐變性能進行了系統(tǒng)的試驗研究,提出了相應的數(shù)學計算模式。天津大學崔亞強研究了大體積混凝土二維溫度場的機理,建立了大體積混凝土的二維溫度場的數(shù)學模型,并使之計算程序化。因此,預測溫度變化及其分布對分析應力和應變,防止溫度裂縫是重要的。3本文主要研究內(nèi)容本文首先結合相關試驗對混凝土早期溫度應力進行了研究和數(shù)值模擬,然后從配筋和徐變方面對早期混凝土裂縫控制問題進行了一些研究工作。綜上所述,所謂溫度鋼筋并不能消除或減少構件的溫度應力,它在混凝土中完成了溫度應力由混凝土向鋼筋的轉移過程,從本質(zhì)上來說,溫度鋼筋使得非均勻的混凝土變得更加均質(zhì)。本文的工作重點在于溫度分布筋在早期鋼筋混凝土中的工作機理及各種不同的布筋情況對鋼筋混凝土裂縫的影響。這些理論直至今天,國際上仍在繼續(xù)發(fā)展。近代科學關于混凝土強度的亞微觀研究以及大量工程實踐所提供的經(jīng)驗都說明,結構物的裂縫是不可避免的,裂縫是一種人們可以接受的材料特征,如對建筑物抗裂要求過嚴,必將付出巨大的經(jīng)濟代價?；炷林形⒘训拇嬖?對于混凝土的基本物理力學性質(zhì):如彈塑性、徐變、各種強度、變形、泊松比、結構剛度、化學反應等有重要影響。(2)由外荷載作用,結構次應力引起的裂縫。高性能混凝土因水灰比較低,后續(xù)水化產(chǎn)生的自收縮量值較高。由于收縮機理的復雜性,該領域仍存在大量的問題有待于進一步探討和深入研究。屬于由荷載引起的約占20%(包括變形變化與荷載共同作用,但以荷載為主引起的裂縫)。在混凝土材料科學領域,研究者對于混凝土“早期”的定義較為模糊。(4)成熟階段:一般指9d0以后的時段。(3)配合比:一般認為,單位體積水泥含量越高,水灰比越高,裂縫問題也越嚴重。一種觀點認為,配筋對混凝土的極限拉伸沒有影響。若在梁中適當配筋,鋼筋將約束混凝土塑性變形,提高梁整體極限拉伸值,限制裂縫擴展。d一鋼筋直徑(cm)。但是也有一種觀點認為,混凝土配置鋼筋不但不能抵抗收縮應力,反而增加了自約束應力。兩者均為固體材料流變力學研究的主要內(nèi)容。因此,溫度裂縫生成理論的中心問題,在于混凝土內(nèi)部溫度瞬態(tài)場的分布、邊界條件的限制、溫度變化量及其相應的溫度變形之間的轉化。,【`。)EaQ=af(。......可以說邊值條件就是一系列熱傳導方程的定解條件，即混凝土表面與周圍介質(zhì)的熱交換條件幾，在傳熱學上分為四類:(1)在某時刻ttl結構表面的溫度分布是已知的:T}}}Y}z}}}二}}XAY}Zat1)~~……(Z男義ctrl夕。若表面熱流量等于零,則結構物四周是絕熱的:匹一0..............................................................................q二h?！薄薄薄薄薄睘榱撕喕?輻射通常和對流一起考慮,通過一個簡化的對流一輻射系數(shù)hcr一h。h__二(—+》—)`……()、hcrA州k1A39。在流體力學領域內(nèi),有限差分法至今仍占支配地位。有限元法區(qū)別于傳統(tǒng)的加權余量法和求解泛函駐值的變分法,該法不是在整個求解域上假設近似函數(shù),而是在各個單元上分片假設近似函數(shù)。rq邊界上的邊界條件自動得到滿足?！?、一_、,~,、k二二丁一n二+k二丁一n+k7,丁一n7二h(39?！?“汰“即一虎式中,p是材料密度(kg/m3)。T一寸(r,)t是在rl邊界上的給定溫度。第一項是微分體升溫所需要的熱量。rl+rZ+r3=r,r是域Q的全部邊界。……()條件下滿足瞬態(tài)熱傳導方程及邊界條件的場函數(shù)T,T應是坐標和時間的函數(shù)。在分析中，混凝土的熱傳導系數(shù)、比熱的平均值、活化能等都是假設的，1{1一_上一卜」…一一斗—一—一一一一一一一」一}一}}l時間(天)混凝土的導熱系數(shù)混凝土的體積比熱上邊界熱對流系數(shù)下邊界熱對流系數(shù)土壤溫度初始溫度k=2:6W/mI}pc=2400x103h=}m2Kh=}m2KT=139。C2)另一方面，對于上表面和下表面的對流系數(shù)的簡化假設，如上表面沒有考慮前24小時覆蓋在其上的臨時的織物，下表面對其與土壤接觸的簡化等。而現(xiàn)行施工規(guī)范僅以某些強度指標(如d7抗壓強度)控制施工進度和工程質(zhì)量也缺乏系統(tǒng)的考慮。為了計算隨時間發(fā)展的混凝土的應力和應變,得到混凝土裂縫的有關情況,在分析完早期混凝土的溫度場后必須分析其應力場。在HPC(高性能混凝土)中,自收縮也是早期的一個問題,因為水泥水化反應生成的固體的體積小于混凝土混合物的體積總合,從宏觀的角度,這導致早期混凝土收縮。從力學的觀點,存在一個初始的水化度,在這個時刻之前,混凝土的力學性能可以被忽略。3.1.3對徐變的考慮固體材料在固定荷載長期作用下將產(chǎn)生緩慢的變形,力學術語為蠕變,混凝土科學中習慣地稱為徐變。為了計算t時刻的基本徐變,本文中采用了文獻【3939。39。文獻【4I1在實驗室研究了配筋對混凝土早期裂縫的影響。研究的試件有素混凝土和各種配筋率((00/a,)和鋼筋分布(分別為一根鋼筋和四根鋼筋:1小12和4}6(113mm2),1中16和4}$(201mm2),1中25和4小12)的配筋混凝土。配筋的布置對其沒有影響。在早期，如果變形受到約束，應力就會產(chǎn)生。所以可以用公式6}=}t}}to、一A5比較了素混凝土試件的應力發(fā)展和一根鋼筋的應力發(fā)展及四根鋼筋的應力發(fā)展。文獻【41，為了獲得配4根鋼筋的試件中關于裂縫的更多信息，裂縫開裂后馬上用熒光環(huán)氧樹脂灌注裂縫，樹脂硬化后試件被切片、劈裂裂縫的形式二這些裂縫比試件中間的裂縫小些。cr,rneiofrecd,mena一170又10一6,相應的素混凝土試件的為Ecr,pnail,mena一92又10一6,配筋試件的應變提高可用應變提高系數(shù)n來表示。工程實際中用來判斷硬化中的混凝土的裂縫危險性的溫度標準為:新舊混凝土、表面和中心層的混凝土的溫差不應超過15一25℃。試驗中,對于沒筋混凝土,破壞對應的拉應變?yōu)?2又10一6。飛ea。文獻中不同的應變加強系數(shù)標準被用來使早期混凝土開裂危險定量化。stress[i49Pa]agc[h)stress(NiPaJageIhJ。在文獻【“‘，的試驗中，用了不同配筋率的試件和素混凝土試件。2)熱變形在半絕熱的養(yǎng)護條件下…，混凝土的變形被水化熱引起的熱變形控制。部分HSC也在20℃的恒溫下養(yǎng)護，以便確定自收縮變形的情況。為了區(qū)分熱效應和收縮效應，試件被恒溫和半絕熱養(yǎng)護。奇(t`,一m(t(t`)是t`時刻的應力張量,句(0t)獨立于應力的應變張量,它有關于熱和收縮現(xiàn)象(即,。39。兩者均為固體材料流變力學研究的主要內(nèi)容。時,混凝土才可以考慮擁有固體骨架。相反,在NSC