温度对混凝土徐变影响的数值模型
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摘要
大体积混凝土结构中，温度应力和温度控制对防止混凝土开裂具有重要的意义。徐变应力是温度应力的重要组成部分，在温度徐变应力计算过程中，混凝土的弹性模量与加载龄期有关，混凝土的徐变度不但与加载龄期有关，还与持荷时间有关，而且关系相当复杂。
本文研究了温度对混凝土徐变的影响机理。根据等效时间理论，将徐变表示为等效时间的函数，通过拟合试验数据，得出等效时间域弹性模量和徐变度公式的计算参数，推导了等效时间域的弹性徐变方程的初应变隐式解法。编制了平面有限元程序，模拟计算了岩基上长梁和太浦河泵站工程的温度徐变应力场，得出一些对工程设计和施工有益的结论。
In mass concrete structures, temperature stress and temperature control are very important to avoiding crack of concrete. Creep stress is a key part of temperature stress. In the course of computation of thermal-creep-stress, elastic modulus of concrete is related to the age of concrete; creep of concrete not only is related to the age of concrete, but also loading duration and the relation is complex.
In this paper, mechanisms of influence of temperature on creep are presented. According to the theory of equivalent time, creep as a function of equivalent time is expressed. By fitting experimental data, parameters of creep in equivalent time field are obtained; initial strain implicit solution of elastic creep equation in equivalent time field is derived. A 2-D FEM program is designed to simulate and compute thermal-creep-stress field in a long beam on batholith and Taipu River Pumping Station. Some conclusion available in designing and construction are presented.
本文研究了温度对混凝土徐变的影响机理。根据等效时间理论，将徐变表示为等效时间的函数，通过拟合试验数据，得出等效时间域弹性模量和徐变度公式的计算参数，推导了等效时间域的弹性徐变方程的初应变隐式解法。编制了平面有限元程序，模拟计算了岩基上长梁和太浦河泵站工程的温度徐变应力场，得出一些对工程设计和施工有益的结论。
In mass concrete structures, temperature stress and temperature control are very important to avoiding crack of concrete. Creep stress is a key part of temperature stress. In the course of computation of thermal-creep-stress, elastic modulus of concrete is related to the age of concrete; creep of concrete not only is related to the age of concrete, but also loading duration and the relation is complex.
In this paper, mechanisms of influence of temperature on creep are presented. According to the theory of equivalent time, creep as a function of equivalent time is expressed. By fitting experimental data, parameters of creep in equivalent time field are obtained; initial strain implicit solution of elastic creep equation in equivalent time field is derived. A 2-D FEM program is designed to simulate and compute thermal-creep-stress field in a long beam on batholith and Taipu River Pumping Station. Some conclusion available in designing and construction are presented.
引文
[1] 蔡正咏，混凝土性能，中国建筑工业出版社，1982
[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，1999
[3] 叶琳昌，沈义，大体积混凝土施工，中国建筑工出版社，1986
[4] 龚召熊，水工混凝土的温控与防裂，水利电力出版社，1999．5
[5] 王振波，混凝土温度损伤模型研究，河海大学博士学位论文，2001，9
[6] 潘家铮，水工建筑物的温度控制，水利电力出版社，1990，11
[7] 刘玉山，大体积混凝土冬季施工，水利电力出版社，1999
[8] 吴胜兴，混凝土结构温度应力与温度裂缝控制研究，博士学位论文，1994，6
[9] 宋智通，基于有效时间的碾压混凝士重力坝温度场和温度徐变应力场有限元分析，河海大学硕士学位论文，2002，3
[10] 丁宝瑛，国内典型混凝土坝裂缝情况调查与分析，中国水利水电科学研究院，1998，7
[11] I. Soroka, Concrete in Hot Environments, London: E & FN Spon, 1993
[12] T.C. Powers, Mechanism of shrinkage and reversible creep of hardened cement paste, In: Structure of Concrete and Its Behavior Under Load, London, 1965, London, UK, Cement and Concrete Association, 1968: 319-344.
[13] Z.P. Bazant, Delayed thermal dilation of cement paste and concrete due to mass transport, Nuclear Engng. Design, 1970(14): 308-318
[14] O. Ishai, Time-dependent deformational behavior of cement paste, mortar and concrete, In: Structure of Concrete and Its Behavior Under Load, London, Cement and Concrete Association, 1968:345-364
[15] J.Glucklich & O. Ishai, Creep mechanism in cement-mortar, ACI, 1962, 59(7): 923—948
[16] R. F. Feldman & J. P. Sereda, A new model for hydrated cement and its practical implications, Engng. J, 1970 (53): 53—59
[17] 惠荣炎，黄国兴，易冰若，混凝土的徐变，北京：中国铁道出版社，1988
[18] 富文权，混凝土快速硬化，北京：中国铁道出版社，1990
[19] C.H. Jaegermann, Effect of exposure to high evaporation and elevated temperatures fresh concrete on the shrinkage and creep characteristics of hardened concrete, Haifa, Israel, 1967
[20] C. H. Jaegermann & J. Gluckliach, Effect of high evaporation during and shortly after casting on the creep behavior of hardened concrete, mater, Struct, 1967, 2(7):59—70
[21] A.M. Neville, W.H. Dilger and J. J. Brooks, Creep of plain and structural Concrete, Construction Press, London and New York, 1983
[22] O. Faber, Plastic yield, shrinkage and other problem of concrete, and their effect on design, Minutes of proceedings of the institution of civil engineering, London, England, Vol. 225, 1928
[23] F. R.Mcmillan, discussion of 'Method of designing reinforced concrete slabs' by A. C. Janni, Transactions, ASCE, Vol. 80, 1916
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[26] Z.P. Bazant, Prediction of concrete creep effects using age-adjusted effective modulus method, Journal of American Concrete Institute, Vol. 69,1972
[27] G. L. England and J. M. Illston, Methods of computing stress in concrete from a history of measured strain, Civil Engineering and Public Works Review,1965
[28] 阿鲁久涅扬著，蠕变理论中的若干问题，邬瑞锋等译，科学出版社，1962
[29] 王同生，混凝土徐变研究的进展，建筑结构，1986，第5期
[30] 朱伯芳，在混合边界条件下非均质粘弹性体的应力和位移，力学学报，1964．2
[31] 傅作新，工程徐变力学，水利电力出版社，1985．3
[32] O.C. Zienkiewicz, etal., Some creep effects in stress analysis with particular reference to concrete pressure vessels, Nucl. Engineering and Design, Vol. 4, 1966
[33] 朱伯芳，王同生，丁宝瑛，郭之章，水工混凝土结构的温度应力与温度控制，水利电力出版社，1976．9
[34] 包日新，潘家口混凝土坝温度控制设计和裂缝处理，混凝土坝技术，1988．1
[35] 潘家铮主编，水工建筑物的温度控制，水利电力出版社，1990．11
[36] 朱伯芳著，朱伯芳院士文选，中国电力出版社，1997．9
[37] 张子明，傅作新等，龙滩碾压混凝土重力坝温度应力及温度控制研究，“九五”国家重点科技项目(攻关)子题，“96—220—01—01—02(2)”碾压混凝土重力坝温度应力分析和防裂措施研究报告，河海大学工程力学研究所，1998．4
[38] 张子明，傅作新，龙滩碾压混凝土重力坝的仿真计算，红水河，1997年第1期
[39] 张子明，V．K．Garga，碾压混凝土重力坝的温度应力，河海大学学报，1995年第3期
[40] Zhangziming, V. K. Garga, State of Temperature and Thermal Stress in Mass Concrete Structures Subjected to Thermal Shock, Dam Engineering, 1996. 7(4)
[41] 徐道远等，引子渡碾压混凝土拱坝温度控制研究报告，国家重点科技攻关项目，2000．7
[42] 徐道远，王向东等，龙首水电站大坝温度应力仿真计算研究报告，河海大学，1999．10
[43] 王铁梦，黄善衡，大体积混凝土的瞬态温度场和温度收缩应力的计算机仿真，工业建筑，1990年第1期
[44] 许平等，三峡大坝采用水工补偿收缩Ⅲ-Ⅰ型混凝土仿真计算，中国水利水电科学研究院，1995．8
[45] 刘宁，刘光廷，大体积混疑土结构随机温度徐变应力计算方法研究，力学学报，1997．2
[46] Z.P. Bazant and F,H Wittmenn, Creep and Shrinkage in Concrete Structures,
John Wiley & Sons Ltd, 1982
[47] 朱伯芳，混凝土结构徐变应力分析的隐式解法，水利学报，1983年第5期
[48] 朱伯芳，关于混凝土徐变理论的几个问题，水利学报，1982年第3期
[49] 朱伯芳，混凝土的弹性模量、徐变度与应力松弛系数，水利学报，1985年第9期
[50] Z.P. Bazant and K. Joong-koo, Improved prediction model for time-dependent deformations of concrete: Part 4—Temperature effects, Material and Structures, 1992 (25): 84—94
[51] 王淑云，方保镕等，数值分析方法，河海大学出版社，1996
[52] 张子明，宋智通，黄海燕，混凝土绝热温升和热传导方程的新理论，河海大学学报，2002，30(3)
[53] 王嘉航，混凝土水化热特性对温度场和应力场的影响分析，河海大学硕士学位论文，2003．3
[54] 张子明，王嘉航，周红军，郑立松，混凝土温度特性参数的反演分析，红水河，2003，22(1)：24-27
[55] 周红军，张子明，温度对混凝土徐变的影响，河海大学学报，2003，31(增刊)：134-137．
[56] 张志涌，精通MATLAB 6.5版，北京航空航天大学出版社，2003．3
[57] 朱伯芳，有限单元法原理与应用，中国水利水电出版社，2000．8
[58] 陈和群，彭宣茂，有限元微机程序与图形处理，河海大学出版社，1992
[59] 邓巍巍，王越男，Visual Fortran编程指南，人民邮电出版社，2000．5
[60] 何光渝，高永利，Visual Fortran常用数值算法集，科学出版社，2002．4
[61] 谭浩强，田淑清，FORTRAN语言—FORTRAN 77结构化程序设计，清华大学出版社，2000．12
[62] 舒学金，大体积混凝土结构温度徐变应力分析得初应力法，河海大学硕士研究生学位论文，1991．5
[63] 太浦河泵站工程混凝土底板三维非线性有限元分析任务书，水利部上海勘测设计研究院，2001．5
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