本發(fā)明涉及一種大體積混凝土基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力估算方法，屬于水利水電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力是混凝土壩溫度控制的重要指標(biāo)。基礎(chǔ)溫差一般指基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)混凝土最高溫度和穩(wěn)定溫度之差，當(dāng)壩塊結(jié)構(gòu)高寬比小于0.5或在基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)長(zhǎng)期間歇的澆筑塊或基礎(chǔ)彈性模量與混凝土彈性模量相差較大時(shí)，應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)允許溫差進(jìn)行論證。降低基礎(chǔ)溫差最有效的方法是降低澆筑溫度或壩內(nèi)通水冷卻，如盡量利用低溫季節(jié)澆筑基礎(chǔ)部分混凝土，以減小基礎(chǔ)溫差。上下層溫差指在老混凝土上面(齡期超過(guò)28d)上下各L/4范圍內(nèi)，上層混凝土最高平均溫度與新混凝土開(kāi)始澆筑時(shí)下層實(shí)際平均溫度之差，上下層溫差的產(chǎn)生有兩種情況：一是混凝土澆筑溫度年變化引起的上下層溫差，在沒(méi)有預(yù)冷骨料等特殊溫度控制的條件下，混凝土澆筑溫度隨著氣溫而變化，因此混凝土最高溫度也隨著氣溫而變化，夏季溫度高，冬季溫度低；二是老混凝土上澆筑新混凝土?xí)r的上下層溫差，停歇很久的老混凝土，水化熱已散失完畢，溫度較低，在它上面澆筑新混凝土，新老混凝土之間可能形成比較大的溫差，而且溫度梯度較大，由于老混凝土的彈性模量往往超過(guò)巖基的彈性模量，這種情況下，上下層溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力有可能超過(guò)基巖約束引起的拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫，可采取降低澆筑溫度、倉(cāng)面保溫等措施降低上下層溫差。

根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，壩體混凝土最大應(yīng)力估算相關(guān)的因素主要包括最高溫度、壩塊的長(zhǎng)度和混凝土的性質(zhì)(常態(tài)混凝土或碾壓混凝土)，且應(yīng)力和壩塊長(zhǎng)度的關(guān)系需要通過(guò)查詢圖的方式得到。基礎(chǔ)溫差計(jì)算中，一般情況下，混凝土的溫度峰值先降低到澆筑時(shí)的基礎(chǔ)溫度，再由澆筑時(shí)的基礎(chǔ)溫度降低到準(zhǔn)穩(wěn)定溫度；而混凝土的溫度峰值降低到澆筑時(shí)的基礎(chǔ)溫度時(shí)單位溫度形成的應(yīng)力和基礎(chǔ)溫度降低到準(zhǔn)穩(wěn)定溫度時(shí)單位溫度形成的應(yīng)力差別很大，需要分別考慮。

另外，研究表明，大壩最大應(yīng)力和通水過(guò)程有著密切的關(guān)系，在通水冷卻和未通水冷卻兩種情況下，單位溫降形成的拉應(yīng)力差別較大，而現(xiàn)有技術(shù)未考慮通水冷卻影響因素和且未精確基礎(chǔ)彈性模量的影響因素，應(yīng)力估算結(jié)果存在誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述原因，本發(fā)明的目的在于提供一種大體積混凝土基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力估算方法，綜合混凝土最高溫度、混凝土彈性模量、澆筑塊長(zhǎng)度、基礎(chǔ)彈性模量、通水冷卻等多項(xiàng)因素，對(duì)基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力進(jìn)行估算，估算結(jié)果更為準(zhǔn)確合理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種大體積混凝土基礎(chǔ)溫差應(yīng)力估算方法，

考慮一期和二期通水冷卻，二期冷卻結(jié)束時(shí)，混凝土應(yīng)力計(jì)算方法為：

其中：A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量；E₂為二期冷卻結(jié)束時(shí)混凝土的彈性模量；α為線膨脹系數(shù)；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為澆筑溫度和二期冷結(jié)束時(shí)溫度的差值；ΔG為等效混凝土自身體積變形；

不考慮二期通水冷卻時(shí)，混凝土達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)混凝土應(yīng)力計(jì)算方法為：

其中：A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；α為線膨脹系數(shù)；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為澆筑溫度和澆筑時(shí)建基面以下3米基礎(chǔ)的年平均溫度的溫差；E_c為混凝土的最終彈性模量；ΔG為等效混凝土自身體積變形。

考慮一期和二期通水冷卻的情況，即公式(1)中，

對(duì)于常態(tài)混凝土：

對(duì)于碾壓混凝土：

其中，L為澆筑塊的最長(zhǎng)邊長(zhǎng)，E為基礎(chǔ)彈性模量。

不考慮二期通水冷卻的情況，即公式(2)中，

對(duì)于常態(tài)混凝土進(jìn)行一期冷卻：

對(duì)于常態(tài)混凝土不進(jìn)行通水冷卻：

不考慮二期通水冷卻的情況，即公式(2)中，

對(duì)于碾壓混凝土進(jìn)行一期冷卻：

對(duì)于碾壓混凝土不進(jìn)行通水冷卻：

所述等效混凝土自身體積變形的計(jì)算方法為：

其中：ΔG為等效混凝土自身體積變形量，ΔG計(jì)算值大于0時(shí)取值為0；G(t)為齡期為t天時(shí)的混凝土自身體積變形；G為混凝土自身體積變形終值；E(t)為齡期為t天時(shí)的混凝土的彈性模量。

一種大體積混凝土上下層溫差應(yīng)力估算方法，其特征在于，

考慮一期和二期冷卻，上下層溫差應(yīng)力計(jì)算方法為：

其中：A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量；E₂為二期冷卻結(jié)束時(shí)混凝土的最終彈性模量；α為線膨脹系數(shù)；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為新混凝土澆筑溫度和新混凝土澆筑時(shí)老混凝土溫度的溫差；ΔG為等效混凝土自身體積變形；

不考慮二期通水冷卻時(shí)，混凝土應(yīng)力計(jì)算方法為：

其中：A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；E_c為混凝土的最終彈性模量；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為新混凝土澆筑溫度和新混凝土澆筑時(shí)老混凝土溫度的溫差；ΔG為等效混凝土自身體積變形。

考慮一期和二期通水冷卻的情況，即公式(4)中，

對(duì)于常態(tài)混凝土：

A₂＝545

對(duì)于碾壓混凝土：

A₂＝545

其中，L為澆筑塊的最長(zhǎng)邊長(zhǎng)。

不考慮二期通水冷卻的情況，即公式(5)中，

對(duì)于常態(tài)混凝土進(jìn)行一期冷卻：

A₂＝588

對(duì)于常態(tài)混凝土不進(jìn)行通水冷卻：

A₂＝588

不考慮二期通水冷卻的情況，即公式(5)中，

對(duì)于碾壓混凝土進(jìn)行一期冷卻：

A₂＝588

對(duì)于碾壓混凝土不進(jìn)行通水冷卻：

A₂＝588

所述等效混凝土自身體積變形，計(jì)算公式為：

ΔG＝G-G(t) (6)

其中，ΔG為等效混凝土自身體積變形量，ΔG計(jì)算值大于0時(shí)取值為0；G為混凝土自身體積變形終值；t為新老混凝土澆筑間歇期；G(t)為齡期t時(shí)的混凝土自身體積變形。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明的大體積混凝土基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力估算方法，根據(jù)混凝土最高溫度、混凝土彈性模量、澆筑塊長(zhǎng)度、基礎(chǔ)彈性模量、通水冷卻等綜合因素，對(duì)基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力進(jìn)行估算，較現(xiàn)有的估算方法更為準(zhǔn)確、合理，可應(yīng)用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。

附圖說(shuō)明

圖1是常態(tài)混凝土考慮一期和二期通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖2是圖1所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖3是常態(tài)混凝土僅考慮一期通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖4是圖3所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖5是常態(tài)混凝土不進(jìn)行通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖6是圖5所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖7碾壓混凝土考慮一期和二期通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖8是圖7所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖9是碾壓混凝土僅考慮一期通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖10是圖9所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖11是碾壓混凝土不進(jìn)行通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖12是圖11所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖13是考慮一期和二期通水冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的澆筑溫度差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖14是圖13所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖15是不考慮二期通水冷卻時(shí)(含只考慮一期通水冷卻和不通水冷卻兩種情況)，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力中的澆筑溫度差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖16是圖15所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖17是常態(tài)混凝土考慮一期和二期通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖18是圖17所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖19是常態(tài)混凝土僅考慮一期通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖20是圖19所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖21是常態(tài)混凝土不進(jìn)行通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖22是圖21所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖23是碾壓混凝土考慮一期和二期通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖24是圖23所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖25是碾壓混凝土僅考慮一期通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖26是圖25所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖27是碾壓混凝土不進(jìn)行通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的水化熱溫差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖28是圖27所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖29是考慮一期和二期通水冷卻，上下層溫差應(yīng)力中的澆筑溫度差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖30是圖29所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

圖31是不考慮二期通水冷卻時(shí)(含只考慮一期通水冷卻和不通水冷卻兩種情況)，上下層溫差應(yīng)力中的澆筑溫度差應(yīng)力的公式估算值和有限元計(jì)算驗(yàn)證值對(duì)比結(jié)果示意圖。

圖32是圖31所示估算結(jié)果的誤差分析示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

一、基礎(chǔ)溫差應(yīng)力估算

1、考慮一期和二期冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力：

常態(tài)混凝土：

碾壓混凝土：

其中：F為基礎(chǔ)溫差應(yīng)力，單位為MPa；A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量，單位為GPa；E₂為二期冷卻結(jié)束時(shí)混凝土的彈性模量，單位為GPa；E_c為混凝土的最終彈性模量，單位為GPa；α為線膨脹系數(shù)，單位為1/℃；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差，單位為℃；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為澆筑溫度和二期通水冷卻結(jié)束時(shí)溫度的差值，單位為℃；L為澆筑塊最長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，單位為米(m)；E為基礎(chǔ)的彈性模量，單位為GPa；ΔG為等效混凝土自身體積變形，單位為米(m)。

2、不考慮二期冷卻，基礎(chǔ)溫差應(yīng)力：

常態(tài)混凝土，考慮一期冷卻：

常態(tài)混凝土，不考慮通水冷卻：

碾壓混凝土，考慮一期冷卻：

碾壓混凝土，不考慮通水冷卻：

其中：F為基礎(chǔ)溫差應(yīng)力，單位為MPa；A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；E_c為混凝土的最終彈性模量，單位為GPa；α為線膨脹系數(shù)，單位為1/℃；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差，單位為℃；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為澆筑溫度和澆筑時(shí)建基面以下3m基礎(chǔ)的年平均溫度的溫差，單位為℃；L為澆筑塊最長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，單位為米(m)；E為基礎(chǔ)的彈性模量，單位為GPa；ΔG為等效混凝土自身體積變形，單位為米(m)。

3、基礎(chǔ)溫差形成的等效混凝土自身體積變形，計(jì)算公式為：

其中：ΔG為等效混凝土自身體積變形，計(jì)算值大于0時(shí)取值為0，單位為米(m)；G(t)為齡期為td(天)時(shí)的混凝土自身體積變形，單位為米(m)，例如：G(6)表示齡期為6d時(shí)的混凝土自身體積變形；G為混凝土自身體積變形終值，單位為米(m)；E(t)為齡期為td時(shí)的混凝土的彈性模量，單位為GPa；E_c為混凝土的最終彈性模量，單位為GPa。

二、上下層溫差應(yīng)力估算

1、考慮一期和二期冷卻，上下層溫差應(yīng)力：

常態(tài)混凝土：

A₂＝545

碾壓混凝土：

A₂＝545

其中：F為上下層溫差應(yīng)力，單位為MPa；A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量，單位為GPa；E₂為二期冷卻結(jié)束時(shí)混凝土的彈性模量，單位為GPa；α為線膨脹系數(shù)，單位為1/℃；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為新混凝土澆筑溫度和新混凝土澆筑時(shí)老混凝土溫度的溫差；L為澆筑塊最長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，單位為米(m)；ΔG為等效混凝土自身體積變形，單位為米(m)。

2、不考慮二期冷卻，上下層溫差應(yīng)力：

常態(tài)混凝土進(jìn)行一期冷卻：

A₂＝588

常態(tài)混凝土不進(jìn)行通水冷卻：

A₂＝588

碾壓混凝土進(jìn)行一期冷卻：

A₂＝588

碾壓混凝土不通水：

A₂＝588

其中：F為上下層溫差應(yīng)力，單位為MPa；A₁為水化熱溫差影響系數(shù)；A₂為澆筑溫度差影響系數(shù)；α為線膨脹系數(shù)，單位為1/℃；ΔT_r為水化熱溫差，此處為最高溫度和澆筑溫度的溫差；ΔT_p為澆筑溫度差，此處為新混凝土澆筑溫度和新混凝土澆筑時(shí)老混凝土溫度的溫差；E_c為混凝土的最終彈性模量，單位為GPa；L為澆筑塊最長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，單位為米(m)；ΔG為等效混凝土自身體積變形，單位為米(m)。

3、新老混凝土溫差形成的等效混凝土自身體積變形，計(jì)算公式為：

ΔG＝G-G(t) (6)

其中：ΔG為等效混凝土自身體積變形，計(jì)算值大于0時(shí)取值為0，單位為米(m)；G為混凝土自身體積變形終值，單位為米(m)；t為新老混凝土澆筑間歇期；G(t)為齡期為t天時(shí)的混凝土自身體積變形。

需要說(shuō)明的是，新老混凝土溫差指老混凝土面上下層0.25L范圍內(nèi)，上層混凝土的最高溫度與新混凝土開(kāi)始澆筑時(shí)老混凝土實(shí)際平均溫度之差。在老混凝土面上澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)采取短間歇均勻上升的澆筑方式，經(jīng)論證可采用薄層連續(xù)上升的澆筑方式。當(dāng)因倉(cāng)面越冬，過(guò)水或灌漿等形成老混凝土面時(shí)，應(yīng)根據(jù)溫度應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果確定上下層溫差(新老混凝土溫差)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

三、基礎(chǔ)溫差應(yīng)力估算方法的驗(yàn)證

根據(jù)公式(1)，二期通水冷卻結(jié)束時(shí)，混凝土應(yīng)力包括三部分，水化熱溫差應(yīng)力A₁E₁αΔT_r、澆筑溫度差應(yīng)力A₂E₂αΔT_p、等效混凝土自身體積變形形成的應(yīng)力A₂E₂ΔG。

根據(jù)公式(2)，不考慮二期通水冷卻時(shí)，混凝土達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)混凝土應(yīng)力包括三部分，即水化熱溫差應(yīng)力A₁E_cαΔT_r、澆筑溫度差應(yīng)力A₂E_cαΔT_p、等效混凝土自身體積變形形成的應(yīng)力A₂E_cΔG。

本申請(qǐng)驗(yàn)證算例所采用的混凝土熱力學(xué)性能參數(shù)為朱伯芳院士總結(jié)的常態(tài)混凝土或碾壓混凝土代表性能參數(shù)；所采用的通水冷卻措施為實(shí)際施工普遍采用的通水冷卻措施。

1、水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值與驗(yàn)證

1)常態(tài)混凝土

A、計(jì)算條件(對(duì)應(yīng)實(shí)際的施工條件)：一期、二期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的常態(tài)混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度按0℃考慮，模型上下游面散熱，地面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m².d.℃；進(jìn)行一期和二期通水，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0d-20d，二期為80d-120d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為2d；彈性模量計(jì)算公式為：

根據(jù)公式(1)，采用下式估算單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₁E₁α (8)

其中：E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量，根據(jù)已知條件即為齡期為100天時(shí)的彈性模量，E₁為25.56Gpa，α為線膨脹系數(shù)，其為常數(shù)。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，有限元計(jì)算基礎(chǔ)彈性模量為8-28Gpa，塊體長(zhǎng)度為20m-110m情況下，單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力F(有限元計(jì)算的最大應(yīng)力和溫度峰值的比值)，有限元計(jì)算方法為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不作詳細(xì)說(shuō)明。

計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖1、2所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

B、計(jì)算條件：只考慮一期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的常態(tài)混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度按0℃考慮，模型上下游面散熱，地面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m².d·℃；只進(jìn)行一期冷卻，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0d-20d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為2d；彈性模量根據(jù)公式(7)計(jì)算。

根據(jù)公式(2)，采用下式估算單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₁E_cα (9)

其中，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖3、4所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

C、計(jì)算條件：不通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的常態(tài)混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度按0℃考慮，模型上下游面散熱，地面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m².d·℃；不通水冷卻。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為2d；彈性模量根據(jù)公式(7)計(jì)算。

根據(jù)公式(9)，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖5、6所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

2)、碾壓混凝土

A、計(jì)算條件：一期、二期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的碾壓混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度按0℃考慮，模型上下游面散熱，地面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m².d·℃；進(jìn)行一期和二期通水，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0d-20d，二期為80d-120d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為3.5；彈性模量計(jì)算公式為：

根據(jù)公式(8)，設(shè)定E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量，根據(jù)已知條件即為齡期為100天時(shí)的彈性模量，E₁為23.65Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖7、8所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

B、只考慮一期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的碾壓混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度按0℃考慮，模型上下游面散熱，地面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；只進(jìn)行一期冷卻，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0d-20d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為3.5；彈性模量根據(jù)公式(10)計(jì)算。

根據(jù)公式(9)，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖9、10所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

C、不通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的碾壓混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度按0℃考慮，模型上下游面散熱，地面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m².d·℃；不進(jìn)行通水冷卻。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為3.5；彈性模量根據(jù)公式(10)計(jì)算。

根據(jù)公式(9)，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖11、12所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

2、澆筑溫度差影響系數(shù)A₂的取值與驗(yàn)證

A、計(jì)算條件：澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度差值按7℃考慮，不考慮絕熱溫升，根據(jù)公式(7)計(jì)算，通水水溫為0℃，通水時(shí)長(zhǎng)為40d，外界溫度取值為0℃，基礎(chǔ)僅考慮底面約束，不考慮徐變。

根據(jù)公式(1)，采用下式估算澆筑溫度差引起的單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₂E₂α (11)

其中：設(shè)定E₂為二期冷卻結(jié)束時(shí)混凝土的彈性模量，根據(jù)已知條件即為齡期為120天時(shí)的彈性模量，E₂為26.09Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖13、14所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，澆筑溫度差影響系數(shù)A₂的取值滿足精度要求。

B、計(jì)算條件：澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度差值按7℃考慮，不考慮絕熱溫升，混凝土彈性模量取值為30Gpa，考慮彈性模量發(fā)展，澆筑21d內(nèi)不考慮溫度降低，不考慮徐變。

根據(jù)公式(2)，采用下式估算澆筑溫度差引起的單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₂E_cα (12)

其中：設(shè)定

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖15、16所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，澆筑溫度差影響系數(shù)A₂的取值滿足精度要求。

四、上下層溫差應(yīng)力估算方法的驗(yàn)證

根據(jù)公式(4)，二期通水冷卻結(jié)束時(shí)，混凝土應(yīng)力包括三部分，水化熱溫差應(yīng)力A₁E₁αΔT_r、澆筑溫度差應(yīng)力A₂E₂αΔT_p、等效混凝土自身體積變形形成的應(yīng)力A₂E₂ΔG。

根據(jù)公式(5)，不考慮二期通水冷卻時(shí)，混凝土達(dá)到穩(wěn)定溫度時(shí)混凝土應(yīng)力包括三部分，即水化熱溫差應(yīng)力A₁E_cαΔT_r、澆筑溫度差應(yīng)力A₂E_cαΔT_p、等效混凝土自身體積變形形成的應(yīng)力A₂E_cΔG。

1、水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值與驗(yàn)證

1)常態(tài)混凝土

A、計(jì)算條件：一期、二期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的常態(tài)混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和老混凝土溫度均按0℃考慮，模型上下游面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；進(jìn)行一期和二期通水，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0-20d，二期為80-120d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為2d；彈性模量根據(jù)公式(7)計(jì)算。

根據(jù)公式(4)，采用下式估算單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₁E₁α (13)

其中：設(shè)定E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量，根據(jù)已知條件即為齡期為100天時(shí)的彈性模量，E₁為25.56Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖17、18所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

B、計(jì)算條件：只考慮一期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的常態(tài)混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和老混凝土溫度均按0℃考慮，模型上下游面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；只考慮一期通水冷卻，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0-20d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為2d；彈性模量根據(jù)公式(7)計(jì)算。

根據(jù)公式(5)，采用下式估算單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₁E_cα (14)

其中，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖19、20所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

C、計(jì)算條件：不通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的常態(tài)混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和老混凝土溫度均按0℃考慮，模型上下游面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；不考慮通水冷卻。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為2d；彈性模量根據(jù)公式(7)計(jì)算。

根據(jù)公式(14)，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖21、22所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

2)、碾壓混凝土

A、計(jì)算條件：一期、二期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的碾壓混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和老混凝土溫度均按0℃考慮，模型上下游面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；進(jìn)行一期和二期通水，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0-20d，二期為80-120d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為3.5d；彈性模量根據(jù)公式(10)計(jì)算。

根據(jù)公式(13)，設(shè)定E₁為二期冷卻中期時(shí)混凝土的彈性模量，根據(jù)已知條件即為齡期為100天時(shí)的彈性模量，碾壓混凝土彈性模量E₁為23.65Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖23、24所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

B、只考慮一期通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的碾壓混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和老混凝土溫度均按0℃考慮，模型上下游面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；只進(jìn)行一期通水冷卻，通水水溫0℃，一期通水時(shí)間為齡期0-20d。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為3.5d；彈性模量根據(jù)公式(10)計(jì)算。

根據(jù)公式(14)，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖25、26所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

C、不通水冷卻情況下，絕熱溫升作用引起的碾壓混凝土應(yīng)力。

澆筑溫度和老混凝土溫度均按0℃考慮，模型上下游面散熱，其余面絕熱，表面放熱系數(shù)為250kJ/m²·d·℃；不進(jìn)行通水冷卻。絕熱溫升按20℃考慮，半熟齡期為3.5d；彈性模量根據(jù)公式(10)計(jì)算。

根據(jù)公式(14)，設(shè)定混凝土最終彈模E為30Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖27、28所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水化熱溫差影響系數(shù)A₁的取值滿足精度要求。

2、澆筑溫度差影響系數(shù)A₂的取值與驗(yàn)證

A、計(jì)算條件：澆筑溫度和老混凝土的溫度差值按6℃考慮，不考慮絕熱溫升，彈性模量根據(jù)公式(7)計(jì)算，通水水溫為0℃，一期通水時(shí)間為齡期0-20d，二期為80-120d，外界溫度取值為0℃，基礎(chǔ)僅考慮底面約束，不考慮徐變。

根據(jù)公式(4)，采用下式估算澆筑溫度差引起的單位溫降混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₂E₂α (15)

其中：設(shè)定A₂＝545，E₂為二期冷卻結(jié)束時(shí)混凝土的彈性模量，根據(jù)已知條件即為齡期為120天時(shí)的彈性模量，E₂＝26.09Gpa。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖29、30所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，澆筑溫度差影響系數(shù)A₂的取值A(chǔ)₂＝545滿足精度要求。

B、計(jì)算條件：澆筑溫度和基礎(chǔ)溫度差值按6℃考慮，不考慮絕熱溫升，混凝土彈性模量取值為30Gpa，考慮彈性模量發(fā)展，澆筑21d內(nèi)不考慮溫度降低，不考慮徐變。

根據(jù)公式(5)，采用下式估算澆筑溫度差引起的單位溫降引起的混凝土塊體最大應(yīng)力：

F＝A₂E_cα (16)

其中：設(shè)定A₂＝588。

同時(shí)，利用有限元計(jì)算方法對(duì)上述估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果及誤差分析結(jié)果如圖31、32所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，澆筑溫度差影響系數(shù)A₂的取值A(chǔ)₂＝588滿足精度要求。

綜上所述，本發(fā)明的大體積混凝土基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力估算方法，依據(jù)混凝土最高溫度、混凝土彈性模量、澆筑塊長(zhǎng)度、基礎(chǔ)彈性模量、通水冷卻情況(一期二期通水冷卻、一期通水冷卻及不通水冷卻)等多項(xiàng)因素，分別對(duì)基礎(chǔ)溫差應(yīng)力和上下層溫差應(yīng)力進(jìn)行綜合全面的估算，并利用有限元計(jì)算方法對(duì)估算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，估算結(jié)果較現(xiàn)有的估算方法更為準(zhǔn)確、合理，可應(yīng)用于實(shí)際的工程中，對(duì)工程實(shí)踐進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)，提高工程質(zhì)量。

以上所述是本發(fā)明的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡(jiǎn)單替換等顯而易見(jiàn)的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。