1、潍坊科技学院建筑工程学院毕业论文开题报告题 目 : 大体积混凝土的温控和防裂技术分析 学 院 ：建筑工程学院 专 业 班 级 ：建筑工程技术 2012 级（1）班 学 生 姓 名 ：张凯 学 号： 201209260023 指 导 教 师 ：2015 年 月 日建筑工程学院毕业论文开题报告1.课题研究的意义，国内研究现状、水平和发展趋势混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度,不同形式的裂缝,这是一个相当普遍现象,大体积混凝土结构出现裂缝更普遍。在大体积混凝土施工过程中,由于水泥水化热引起混凝土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化,从而导致混凝土发生裂缝,而这些裂缝必然会给工程带来不同程度的危害。如
2、何采取有效措施,防止温度应力造成混凝土结构表面和内部出现有害裂缝,一直是大体积混凝土结构施工中的一个复杂而又难度很大的技术问题。大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，由此产生的热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度底，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。首先混凝土表面裂缝的存在会影响构件美观；其次表面裂缝对混凝土的耐久性也产生一定的影响，由于裂缝直接嵌入结构体，所以将减小混凝土保护层厚度，给钢筋锈蚀留下隐患；另外施工时要对裂缝进行二次处理，费工费料。正是上述原因，工程上一直
3、对大体积混凝土出现裂缝的问题比较重视，而混凝土出现裂缝又是很难避免的，这使防治裂缝耗费了大量的人力财力。本人参与的北京制版厂住宅楼及业务用房工程就发生了此类问题，在项目实施过程中通过不断地监测、分析、研究、试验，最终对裂缝的产生原因有了一定的了解，对避免裂缝产生的方法措施作了一些的研究总结，在此提出以与同行们探讨。混凝土诞生以来，关于大体积混凝土的温控问题就一直被关注和研究，到20 世纪初期，由于混凝土的广泛运用，其防裂研究才引起足够的重视。根据国内外调查资料表明，工程结构中裂缝的 20来源于荷载而另外约 80%是由温度变形、干缩变形及结构不均匀沉降引起的，而其中又以温度变形为主。最早研究大体
4、积混凝土温度和应力场问题是从上世纪 30 年代中期美国修建胡佛坝(鲍尔德坝) 开始的，之后美国垦务局、苏联水工研究院、日本京都大学等都对大体积混凝土的设计和施工技术等作了深入的研究用于防止大体积混凝土出现裂缝。1968 年美国加州大学的威尔逊(E.L.wilson）教受最早运用有限元过程分析法编制了二维有限元程序 DOT-DICE 用于模拟德沃歇克坝(Dworkshak)大体积混凝土温度场的计算；Rupert Springmschmid 较为系统的阐述了早龄期混凝土中温度场和应力场的问题，且对温度收缩裂缝作了具体说明；1990 年 Enrique Miraambell、 Antonoi Agu
5、do 结合箱型粱大桥的温度和应力分析模型，对其温度场、应力场进行预测，考虑了环境因素、材料力学性质、结构断面尺寸等因素的影响；1992 年，Barrett P.K.等创造性的把开裂模型应用到三维温度应力计算分析中，限于当时的条件，他们的计算带有尝试性质的：1994 年，Mats Emborg 和 Stig Bemander 对早期混凝土的热应力和热裂缝做了较多的实验研究；1999 年，Cervera 建立了一种适于模拟早期混凝土性态的热学化学一力学模型，可以模拟混凝土的水化、养护、破坏和徐变过程；2001 年 RonaldoLuna 等分析了大体积混凝土施工阶段弹性模量和徐变随时间、温度的变化
6、规律，且研究了其在有限元方法中的实现并进行了相关的验证。在我国，50 年代后开始对大体积混凝土的温度应力和温度控制问题作了大量研究工作也取得了较大的成绩。潘家铮、朱伯芳等提出了大体积混凝土温度控制设计的整套理论，解决了重力坝和混凝土浇筑的温度应力问题，提出了控制温度、防止裂缝的技术措施；19901992 年河海大学结合小浪底工程完成了大体积混凝土结构的二维及三维面限元仿真系统，拥有丰富的前、后处理及图形输出技术。在应力开裂仿真计算方面，清华大学刘光廷教授等将断裂力学的研究成果融入功能强大的仿真程序中，应用“人工短缝”成功地解决了溪柄碾压混凝土薄拱坝两岸的温度拉应力问题；清华大学马杰编制了大体积
7、混凝土温度和应力的边界元法程序，计算了东风拱坝施工期混凝土温度场；天津大学崔亚强结合实际工程研究了大体积混凝土温度场机理采用数值分析方法求得了一维至多维温度场的有限差分方程。并开发了交互式大体积混凝土温度场模拟分析及裂缝控制的软件系统；四川大学曾兼权、李国润教授等用基岩的各向异性热学参数来分析混凝土基础块的温度徐变应力；福州大学陈得威开发了三维有限元温度程序包，可计算一般大体积混凝土施工及运行期的非稳定温度场和应力场：西安理工大学李九红运用三维有限元浮动网格法对水电站闸墩施工期的温度场和应力场进行仿真分析，考虑了混凝土各物理力学参数随龄期变化对墩体温度应力的影响；水利部淮河水利委员会曹为民运用
8、非稳定温度场和徐变应力场计算程序对裂缝产生的原因进行了探讨；天津勘测设计研究院王小青对泰国某水闸闸墩浇筑过程进行模拟计算，证实了在采取一定温控措施的前提下，可对闸墩进行一次性浇筑，以缩短工期，取得较好工程效益；河海大学陈长华运用有限元分析软件研究了温度构造钢筋对混凝土的限裂作用；浙江大学严淑敏提出混凝土基础板底下设钢板来控制底板裂缝方法；杨秋玲应用 super SAP 有限元分析软件模拟混凝土的温度场，根据温度分布规律提出大体积混凝土温度控制措；秦煜研究了如何确定混凝土的浇筑温度及温度徐变应力；赵雯研究了混凝土裂缝与原材料、配合比、施工工艺等方面的关系。近年，随着热传导理论的发展及数值计算方法
9、的不断成熟，众多学者都对大体积混凝土温度应力问题进行了较为全面的研究，从而使人们对大体积混凝土温度裂缝的成因有了进一步的认识。2.课题的基本内容，提出解决问题的方法和措施水工大体积混凝土温度场和应力场的分析、温控防裂等是设计和施工中的重要课题，进行相应的仿真模拟计算研究具有重要的实际意义。本文通过查阅大量参考文献，总结了混凝土产生温度裂缝的原因及其危害，并从工程实际出发重点研究了混凝土的温度场和应力场变化规律。基于此，本文的主要研究内容有以下几点：（1）运用有限元分析软件仿真模拟闸墩底板混凝土浇筑厚度的高低对其温度场、应力场的影响，确定在特定条件下的合适浇筑厚度，以加快施工进度为类似工程提供相
10、关参考。（2）考虑闸墩与底板同时浇筑时，底板宽度对整体温度场、应力场的影响，寻求合理的底板浇筑宽度，达到既避免温度裂缝的出现，又可以加快整体施工进度，节约成本的目的。（3）针对大体积混凝土施工温度控制问题，提出掺加导热系数较大、比热较小的铁丝纤维以降低混凝土整体内外温差，减小结构温度应力，避免温度裂缝的出现。（4）结合灰色理论提出施工过程中的数据动态监测及反馈分析理论，以确保在复杂的外部环境条件下，实时修正施工方案，确保工程安全。（5）运用层次分析法，定量分析影响混凝土温度裂缝出现的各个主要因素为施工前制定相关措来控制温度裂缝提依据。大体积混凝土产生裂缝的主要原因：由于受约束力因素的影响，而使
11、得混凝土内部产生了温度应力（即由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或构件内部便产生应力，称为温度应力） ，由于混凝土的抗拉伸强度是比较弱的，这样就很容易被由温度引起而产生的温度应力而拉裂，从而温度裂缝就因此而产生了。大体积混凝土所产生的裂缝主要分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。裂缝的防治措施1、设计措施2、原材料控制措施3、施工方法控制措施3.课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析1、混凝土及有限元基本理论2、弹性温度应力计算3、有限元软件简介4、有限元计算分析5、不同浇筑厚度下底板混凝土计算分析6、仿真模拟计算7、掺加铁丝纤维时底板混凝土计算分析8、灰色系统理论简介9、层次分析法建筑工程学院毕业论文开题报告指导教师意见（对课题的深度、广度及和对设计结果的预测）指导教师（签名） 年 月 日教研室审查意见：教研室主任(签名) ： 年 月 日系部审查意见：建筑工程学院（盖章）：年 月 日
