[發明專利]基于MIDAS的橋梁拱座混凝土澆筑水化熱分析方法

在審

• 申請號: 201810479102.4
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108647463A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 黃增財;劉丹娜;杜鳴曲;楊偉威;楊科
• 申請（專利權）人: 中交路橋北方工程有限公司;中交路橋建設有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 董永輝;管士濤

1.一種基于MIDAS的橋梁拱座混凝土澆筑水化熱分析方法，所述拱座設置在承臺上，其特征在于，所述分析方法包括以下步驟：

1)模型建立

取拱座以及其下部的承臺的1/4對稱部分建立熱分析模型，并劃分網格；

2)設置邊界條件

所述邊界條件包括固定溫度、對流邊界、約束、對稱邊界，

對承臺底部及側面所有節點添加固定溫度；

對承臺底面所有節點添加固定約束，限制承臺底面節點平動和轉動；

在拱座側模拆模前，對拱座側面添加模板對流邊界，通過設置模板對流系數來確定；

對拆模后拱座側面和頂面添加砼覆蓋對流邊界，通過設置砼覆蓋對流系數來確定；

對模型的兩個對稱面上的所有節點分別添加垂直于該對稱面的平移約束；

3)計算最大絕熱溫升值，

Th＝(mc+K·F)Q/c·ρ

其中，Th----混凝土最大絕熱溫升；

mc---混凝土中水泥用量；

F----混凝土活性摻合料用量；

K----摻合料折減系數；

Q----水泥28天水化熱；

C---混凝土比熱；

ρ—混凝土密度；

4)施工階段分析

根據拱座分層澆筑過程及養護期間對拱座定義對應的施工階段進行數值模擬分析，對應每層澆筑時間定義一個施工階段，而在拱座養護期間，按不同時間定義多個施工階段，根據設置的多個施工階段定義拱座和承臺的參數，進行求解計算；

5)結果分析

5.1)溫差分析

獲取各施工階段拱座各層中心的節點溫度隨時間變化曲線和拱座各層表面的節點溫度隨時間變化曲線，判斷拱座中心溫度與表面溫度差值是否滿足要求；

5.2)溫度應力分析

根據拱座各層中心的節點應力與允許張拉應力的比值，獲取拱座各層中心的節點裂縫比率曲線，判斷拱座中心產生裂縫幾率是否滿足要求。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5后還包括以下步驟：

6)模擬埋設冷卻水管

在拱座內沿豎向間隔設置多層冷卻水管，各層冷卻水管均呈水平S型布置，每層冷卻水管設1個進水口、1個出水口，

從混凝土淹沒冷卻水管開始向冷卻水管通水，最下層冷卻水管在被混凝土淹沒后開始以不小于3方/小時的流量通水；

拱座澆筑完后10小時至澆筑完后30小時期間，混凝土每淹沒一層冷卻水管，則對應層的冷卻水管以不小于1方/小時的流量通水，此后冷卻水管不再通水。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，

相鄰層的冷卻水管的進水口和出水口交替布置。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，

在步驟6后，調整冷卻水管的位置、供水量以及供水時間，重復進行步驟4和步驟5，直到達到設計要求。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟4中，采用序貫耦合法，將熱分析模型轉換為結構分析模型，將溫度場求解數據作為溫度載荷重新加載并進行結構力學求解，得到結構應力場；將節點的應力數據與對應齡期的混凝土的允許抗拉強度進行對比，確定節點的裂縫比率。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

步驟4中，設置的多個施工階段定義拱座和承臺的參數包括拱座和承臺的彈性模量、泊松比、質量密度、熱傳導率、比熱、熱膨脹系數。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5后還包括以下步驟：

6)模擬埋設冷卻水管

對應每層澆筑的混凝土，將該層混凝土劃分為多個區域，對于每個區域中的溫度場的節點應力選取最高值，依次按照節點應力由高到低連接各區域應力值最高的節點，形成鋪設冷卻水管的線路。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中，引入冷卻水管后的混凝土拱座的溫度場分析采用以下公式：

先計算各個時間點τ上的吸收熱量速率

Q(τ)＝ρ_wc_w[T_w-in(τ)-T_w-out(τ)]q_w(τ)

其中，ρ_w是水的密度；

c_w是水的比熱；

T_w-in(τ)是測量時間τ的進水口水溫；

T_w-out(τ)是測量時間τ的出水口水溫；

q_w(τ)是冷卻水管的流量；

基于該吸收熱量速率求解溫度場：

其中，T為混凝土溫度；

t為時間；

x、y、z為直角坐標系；

λ_c為混凝土導熱系數；

ρ_c為混凝土密度；

c_c為混凝土比熱；

V_c為混凝土倉的體積；

Q(t)為τ＝t時的吸收熱量速率；

θ(t)為水化熱函數。