混凝土水化熱溫度場的案例
Abaqus子程序HETVAL模擬混凝土水化熱溫度場
圖6 Heat Generation設置
06
水化熱溫度場計算結果
圖7為混凝土水化熱溫度場在11.6小時的溫度等值線圖，這里的NT11表示節點溫度（節點溫度也就一個自由度）。可以看出，等值線圖幾乎一樣均勻，這是由于整個混凝土塊與外界保持絕熱狀態，每個混凝土單元都在放熱，也就是每個混凝土單元之間不存在溫度梯度（圖8熱流量密度HFL等值線圖也可證明，可看出熱流量密度HFL很小）。而圖9表示了混凝土水化熱溫度場計算結果隨時間的變化曲線，可以看出來混凝土一直在升溫，也就沒有熱傳導，相當于均勻升溫。圖10的動畫用等值線圖的方式表示了混凝土水化熱溫度場隨著時間的變化，但實際上在每個時刻的溫度場等值線圖是一致的。
圖7 NT11溫度等值線圖
圖8 HFL熱流量密度等值線圖
圖9 模型任一單元的溫升時程圖
圖10 模型溫度場的時變動畫
07
水化放熱速率及累計放熱量計算結果
圖11可發現SDV1（混凝土水化放熱速率，FLUX(1)）的等值線圖，發現等值線都是一致均勻的，這是因為每個混凝土單元都在采用同樣的水化放熱速率曲線，水化放熱速率都是一致的。另外，利用XYData和XYPlots，選擇圖12所示的某一混凝土單元，觀察SDV1隨時間的變化規律。圖13中也繪制了混凝土水化放速率隨著時間的變化曲線。同時圖14也繪制了混凝土累計水化放熱量隨著時間的變化曲線。因此，子程序在計算過程中的正確性得以保證。可以看出，水化放熱速率由0突然增大到最大值，然后逐漸減少，在24小時后放熱速率變得較小且趨于恒定，但仍舊在放熱（之前已經釋放掉大部分的熱量）。
展開 COMSOL混凝土細觀模型骨料、砂漿、ITZ水化熱溫度變化分析
混凝土是一種由水泥漿體、粗細骨料組成的復合材料，其中水泥漿與骨料之間的界面過渡區被認為是影響混凝土整體性能的關鍵。建立砂漿、骨料、界面過渡區（ITZ, Interface Transition Zone）的混凝土細觀模型對于深入理解水化熱溫度變化對混凝土材料的影響及其溫度應力導致的內應力損傷至關重要。
本案例介紹在COMSOL內通過球體粗骨料顆粒的堆積算法，建立包含骨料、ITZ、水泥砂漿在內的三相材料混凝土細觀三維模型，并進行混凝土內水化熱溫度變化的分析。
圓柱容器內的球體骨料堆積模型采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D V1.1版本插件建模生成，模型中的骨料通過球體重力堆積及二次振搗密實模擬，建立更加符合實際骨料分布狀態的混凝土細觀模型。
在AutoCAD內將骨料、ITZ、砂漿三部分分別導出為iges格式文件后導入到COMSOL內形成裝配建立混凝土細觀模型。
添加固體傳熱物理場并對混凝土細觀中的三組分分別設置材料屬性，完成網格劃分。
根據實際工況設置合理的初始條件及邊界后，添加瞬態研究并完成混凝土細觀模型的水化熱溫度變化仿真分析。
展開 混凝土水化熱分析
①澆筑混凝土時，水泥在水化過程中產生大量熱量會使混凝土的溫度升高。雖然隨時間的推移混凝土的溫度會慢慢冷卻，但結構各個位置的溫度下降速度不均勻，結構不同位置將發生相對溫差，此溫差會使混凝土發生溫度應力，產生裂縫。
②混凝土水化熱引起的應力可以分為內部約束應力和外部約束應力兩大類。
混凝土內部不同溫度分布引起的不同體積變化而導致的應力稱為內部約束應力，如混凝土澆筑初期因內部溫度升高將發生膨脹，但混凝土表面的溫度下降較快，相對應變較小，從而使混凝土產生拉應力 ，此類拉應力裂縫主要發生在尺寸較大的結構。
混凝土在冷卻時會發生收縮，但會受到與其接觸的原有的混凝土或地基的約束而產生拉力，這種受外部邊界約束而產生的應力為外部約束應力。
③水化熱分析主要分為熱傳導分析和熱應力分析。.
熱傳導分析主要計算水泥的水化過程中發熱、傳導、對流等引起的隨時間變化的節點溫度。
將得到的節點溫度作為荷載加載后，計算隨時間變化的應力稱為熱應力分析。
④大體積混凝土的溫度裂縫可以利用溫度裂縫指數(Crack Ratio, Icr) 來驗算。溫度裂縫指數要滿足結構的重要性、功能、環境條件等因素的要求。溫度裂縫指數受水泥的類型、澆筑溫度、養生方法等多因素的影響，所以需要對多種條件進行反復分析以找出最佳的澆筑方法。
展開 基于ANSYS的大體積混凝土水化熱分析
何謂大體積混凝土，英文是concrete in mass，我國《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。----引自百度百科。
通俗來說，對于澆筑尺寸邊長大于1m的混凝土構筑物，都可以當做大體積混凝土。在實際工程中，大體積混凝土廣泛應用于船塢、船閘、橋墩、閘底板、大壩等工程。如下述圖片所示
大型水利樞紐--圖片源于網絡。
橋墩--圖片源于網絡。
船閘模型示例--圖片源于網絡。
澆筑中的基礎--圖片源于網絡。
大體積混凝土由于體積厚大，導熱系數較低，容易生產溫度裂縫。但由于水泥水化過程中，系統的溫度、生熱率、熱流率、熱邊界條件等參數隨時間都有明顯變化。下面說下ANSYS中如何進行水化熱分析。
利用ANSYS進行水化熱分析時，一般分兩步走：第1步，采用溫度場單元進行水化熱溫度場分析；第2步，將前面所得到的的溫度場分析結果轉為應力場，施以相應的邊界條件，然后進行應力場分析。
利用 ANSYS進行溫度場分析時，對于三維實體單元，通常采用SOLID70 ，通過查看幫助文檔或者教程，可知該單元有8 個節點，且每個節點上只有一個溫度自由度，具有三個方向的熱傳導能力，并能實現勻速熱流的傳遞。該單元可以用于三維靜態或瞬態的熱分析，同時此單元也可以進行結構分析。
solid70單元
用ANSYS計算大體積混凝土溫度場的目的是以此為基礎來計算溫度應力。因此計算大體積混凝土三維溫度場時可選取三維實體熱單元SOLID70，該單元可以在前處理器通過“ETCHG,TTS”命令進行單元轉換，原來的熱單元SOLID70 將自動轉換為結構單元SOLID45，以方便接下來的溫度應力計算。
展開 
COMSOL多邊形骨料堆積混凝土水化熱傳熱模擬
混凝土水化熱溫降研究對保障結構安全與耐久性至關重要，溫升后溫差易引發溫度應力，導致裂縫。本案例介紹在COMSOL內建立多邊形骨料堆積混凝土細觀模型，并對水化熱產生后的傳熱及溫度變化進行仿真模擬。
骨料堆積混凝土細觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內置動力學算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
混凝土骨料密堆積模型在AutoCAD內建模完成后，將模型另存為dxf格式文件。
在COMSOL內選擇固體傳熱模塊，添加瞬態研究，并導入骨料密堆積模型。
對混凝土細觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設置密度、導熱系數、恒壓熱容等與傳熱相關的材料參數。
在固體傳熱中設置初始值，由于水化熱由水泥漿體產生，因此初始溫度設置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。將試件的左右及下邊界設置為熱絕緣，上部邊界設置環境溫度并設置熱通量，用于模擬大體積混凝土工況。對模型劃分物理場控制的網格，單元大小極細化。
計算查看傳熱仿真結果。2min內溫度變化情況。
20min內溫度變化情況。
展開 大體積混凝土的溫度控制 附大體積混凝土溫度應力與溫度控制下載
大體積混凝土溫度控制的關鍵在于降低混凝土水化熱以及減少混凝土內、外溫差，避免產生過大的溫度應力，使得混凝土在前期強度較低的情況下不至于受到過大的拉應力而產生裂縫。控制混凝土內、外溫差的主要措施有：降低混凝土入倉溫度、降低混凝土水化熱、混凝土外部保溫以及混凝土內部降溫。
（圖為三峽大壩）
現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩、水庫、船閘、路橋隧道等。它的主要特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1m它的表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。混凝土內外溫差比較大時，會使混凝土產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。必須從根本上分析它，來保證施工的質量。
1、什么是大體積混凝土
所謂大體積混凝土，一般是指實體截面最小尺寸大于或等于1m的混凝土。這種混凝土結構表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快，當混凝土內外溫差比較大時，混凝土容易產生溫度裂縫，影響結構安全和正常使用。日本建筑協會標準（JASS5）規定：“結構斷面厚度在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內部的最高溫度與外界氣溫之差超過25攝氏度的混凝土，稱為大體積混凝土。”美國混凝土協會（ACI）規定：“任意體量的混凝土，其尺寸大到足以必須采取措施減小由體積變形引起的裂縫時即可稱作大體積混凝土。”業界一般認為，當混凝土內外溫差預計將超過25攝氏度時，必須采取一定的措施來防止溫度裂縫的產生。這就是大體積混凝土溫度控制的意義所在。
眾所周知，混凝土雖然具有較強的抗壓性能但其抗拉性能非常差，必須要配置鋼筋才能具有較強的抗拉、抗折、抗剪性能。混凝土裂縫作為一種施工質量通病嚴重的影響著鋼筋混凝土結構的壽命，因為鋼筋只有完全埋藏在混凝土保護層中才能避免被水和氧氣等其他化學介質侵蝕。
展開 火作用下鋼管約束鋼筋混凝土柱溫度場分析
圖8 鋼材熱傳導系數
圖9 鋼材比熱容
圖10 鋼管鋼材種類對溫度分布的影響( D = 500 mm)
4.2.2 混凝土強度
普通混凝土和高強混凝土的熱工參數有差別，如圖11、圖12 所示。由于鋼管約束鋼筋混凝土柱多使用高強混凝土，建立內部為高強混凝土的溫度場模型，如圖13 所示，其中D = 500 mm，α = 2%。由圖可見，采用高強混凝土的截面溫度稍高于采用普通混凝土的截面溫度，這是因為高強混凝土的比熱小于普通混凝土。總體而言，混凝土強度對截面溫度場無顯著影響。
展開 基于COMSOL的PDE模塊建立多場耦合下（濕度，溫度和荷載）混凝土的碳化模型。 ￥1800
基于COMSOL的PDE模塊建立多場耦合下（濕度，溫度和荷載）混凝土的碳化模型。
基于COMSOL的PDE模塊建立多場耦合下（濕度，溫度和荷載）混凝土的碳化模型。 ￥1800
需要的聯系我。
帖一個某混凝土拱壩工程施工期及運行期溫度場仿真分析數據流
帖一個某混凝土拱壩工程施工期及運行期溫度場仿真分析數據流，供大家參考。
附件中有兩個文件：CA1*為計算數據流，DAQI.FUC為大氣年變化的周期函數.
計算簡介:
1.施工期共分37層,每層1.5米
2.施工期及壩體建成后一個月的時間步長按天考慮,隨后32個月時間步長按月計.
3.計算中多年平均氣溫作為巖體初始溫度場,各層砼澆筑溫度作為其激活時的初始溫度;
4.巖體邊界按絕熱邊界條件(第一類邊界條件);大氣與壩面按對流邊界條件（第一類邊界條件）施加;按分段線性插值函數計水化熱。
附件地址：http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=9334
展開 混凝土的彈性模量與溫度之間的關系
如題目
基于相場損傷模型的混凝土細觀壓縮斷裂模擬
(2)在工程實際當中,諸如溫度、濕度等多場耦合問題也是十分常見的,對混凝土全生命周期性能影響不容忽視。研究多場耦合問題的難點在于除了需要考慮其他場與位移場的耦合關系外,對于它們與相場的耦合關系亦不容忽視,此外各自的耦合方式仍需探討,這將會是一項有意義且有趣的研究。
水利水電工程管理與實務：混凝土澆筑與溫度控制
平倉可用插入式振搗器插入料堆頂部振動，使混凝土液化后自行攤平，也可用平倉用插入式振搗機進行平倉振搗。
（四）混凝土養護
養護是保證混凝土強度增長，不發生開裂的必要措施。通常采用灑水養護或按管噴霧。養護時間與澆筑混凝土結構特征和水泥發熱特性有關。正常養護約2-3周，有時更長。對于已經拆模的混凝土表面，應用草墊等覆蓋。
二、大體積混凝土的溫度控制
由于混凝土的抗壓強度遠高于抗拉強度，在溫度壓應力作用下不致破壞的混凝土，當受到溫度拉應力作用時，常應抗拉強度不足而產生裂縫。大體積混凝土溫度裂縫有表面裂縫、貫穿裂縫和深層裂縫。大體積混凝土緊靠基礎產生的貫穿裂縫，無論對壩的整體受力還是防滲效果的影響比之淺層表面裂縫的危害都大得多。表面裂縫也可能成為深層裂縫的誘發因素，對壩的抗風能力和耐久性有一定的影響。因此，對大體積混凝土應做好溫度控制措施。
大體積混凝土溫控措施主要有減少混凝土的發熱量、降低混凝土的入倉溫度、加速混凝土散熱等
（一）減少混凝土的發熱量
1、減少每立方米混凝土的水泥用量的主要措施
（1）據壩體的應力場及結構設計要求對壩體進行分區，對于不同分區采用不同強度等級的混凝土：
（2）采用低流態或無坍落度干硬性貧混凝土：
（3）改善骨料級配，增大骨料粒徑
（4）大量摻粉煤灰，摻合料用量可達水泥用量的25%-60%
（5）采用高效外加減水劑不僅能節約水泥用量約20%，使28d齡期混凝土的發熱量減少25%-30%，且能提高混凝土早期強度和極限拉伸值。常用的減水劑有木質素、糖蜜、MF復合劑、JG3等
2、采用低發熱量的水泥。
（二）降低混凝土的入倉溫度
1、合理安排澆筑時間
在施工組織上應進行合理安排，如：春、秋季多澆，夏季早晚澆筑，正午不澆筑，重要部位安排在低溫季節、低溫時段澆筑，以降低混凝土入倉溫度，避免出現溫度裂縫
2、采用加冰或加水拌合。
展開 混凝土箱梁溫梯曲線的Abaqus實現以及熱耦合應力
關鍵詞： Abaqus；混凝土箱梁；溫度梯度曲線；熱力耦合
橋梁結構長期暴露在自然環境中，在我國幅員遼闊、復雜多變的地形及氣候環境下容易產生各種不利于結構安全性及耐久性的問題。箱梁之于其他常見橋梁截面，具有更加復雜的溫度變化模式。相較于全部暴露在大氣環境中的I型和T型梁，箱梁的內外表面具有明顯不同的日照溫度場，兩者相互耦合，共同作用；相較于Π型梁，日照作用下箱梁內部空腔的初始溫度場以及底板的約束條件會影響兩側腹板的溫度應力分布；相較于矩形梁，箱梁的長翼緣在日照下會對腹板產生遮蔽效應，導致腹板溫度分布出現不同變化。
由于溫度場的地域差異以及氣候環境的差別，各國制定的溫度梯度曲線很難形成統一，本節即針對國內和國外不同的溫度梯度曲線進行Abaqus的有限元實現和熱耦合應力分析。
【模型信息】箱梁截面尺寸信息如下圖所示，混凝土節段取1m，混凝土強度等級為C60。熱膨脹系數取1×"1" "0" ^"-5" ℃^"-1"，比熱容取"960" J/(kg?℃)，導熱系數取2.2" W/(m?℃)。后輸入不同分段的溫梯表達式，以美國和中國公路橋規、英國BS5400規范、中國鐵路橋規和新西蘭橋歸為例。具體溫度表達式可自行查閱相關規范，此處不再贅述。
展開 COMSOL混凝土細觀單軸拉伸斷裂模擬基于相場損傷模型
混凝土細觀模型
構建骨料、砂漿、界面過渡區三種組分的混凝土細觀模型，模型構建采用CAD隨機多邊形顆粒插件進行參數化建模生成，操作詳細步驟可參考：【COMSOL隨機多邊形骨料及界面過渡區ITZ建模】
插件中粗骨料采用多邊形模型，骨料的位置以隨機投放的算法進行實現，骨料多邊形形狀及邊數可通過參數進行定義；界面過渡區（ITZ）采用單獨的部件，分布于粗骨料與砂漿之間，以此來獲得表征混凝土細觀特征的隨機骨料模型。
相場斷裂理論
現階段在有限元框架下模擬裂紋擴展的數值分析方法主要有單元刪除法、界面單元法、擴展有限元 (XFEM)等；相場理論是通過在尖銳裂縫擴展的邊界引入0~1的相場來反映材料的損傷或斷裂程度，通過相場的控制方程來實現變量的演化。相場 (phase-field) 斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，是基于傳統 Griffith理論, 通過能量平衡理論研究裂紋的擴展行為，與其他斷裂理論相比，相場理論具有便于描述裂紋的形成、分岔等復雜情況，網格敏感性較小等優點。
模型樣圖
建模采用的CAD模型樣圖可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
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