本發(fā)明涉及一種根據(jù)澆筑溫度測量值確定有限元計算用澆筑溫度的方法，屬于水利水電工程
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：混凝土澆筑施工過程中，1.5～3.0m厚的澆筑層需要分成若干鋪筑層，例如，鋪筑層厚度為0.3m時，對于1.5m厚的澆筑層，需要分成5個鋪筑層，逐層向上澆筑，設(shè)混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為t1，經(jīng)平倉和鋪筑層澆筑完畢，上層覆蓋新混凝土?xí)r，已鋪筑的老混凝土的溫度即為澆筑溫度?；炷龄佒雍穸纫话阍?.3m～0.5m之間，鋪筑的間歇時間一般在3～8小時之間?？刂茲仓囟仁腔炷翜乜胤懒训闹匾胧┲唬谑┕み^程中，進行跟蹤分析以指導(dǎo)后續(xù)的溫控防裂措施具有非常重要的意義。跟蹤分析是指根據(jù)實際工程的測量數(shù)據(jù)，進行溫度場的反分析，在溫度場和實際工程一致的基礎(chǔ)上進行應(yīng)力的分析計算?，F(xiàn)有的跟蹤分析方法，一般是以澆筑溫度等參數(shù)為依據(jù)，模擬實際施工條件進行有限元計算分析，其中的澆筑溫度參數(shù)采用鋪筑層實測點(一般在鋪筑層表面以下10cm位置)的實測澆筑溫度值。然而，以實測的澆筑溫度值直接作為有限元計算分析的依據(jù)，并不完全準(zhǔn)確，這是因為：1)混凝土澆筑過程中，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，局部點的澆筑溫度和鋪筑層的澆筑溫度往往存在較大區(qū)別。如外界環(huán)境溫度較高且鋪筑層較厚時，鋪筑層內(nèi)部沿高程方向的溫度梯度分布往往很不均勻，測點溫度很可能與鋪筑層的平均溫度差異較大；2)混凝土澆筑過程中，下層已澆筑的老鋪筑層對新澆筑的鋪筑層存在導(dǎo)熱現(xiàn)象。有限元計算時，鋪筑層的熱交換澆筑后迅速平衡，并不會對混凝土熱力學(xué)性能產(chǎn)生實質(zhì)的影響，但新老鋪筑層的熱交換會對測點溫度造成一定的影響；3)混凝土澆筑過程中，混凝土水化放熱會影響測點溫度，但混凝土的水化放熱總量是一定的，有限元計算中絕熱溫升設(shè)置已包括了澆筑過程中的水化放熱因素，故需要從實測的澆筑溫度中去除水化放熱因素的影響。因此，直接將實測點的澆筑溫度值作為有限元分析計算的數(shù)據(jù)依據(jù)，會導(dǎo)致有限元分析結(jié)果出現(xiàn)誤差，無法保證跟蹤分析的科學(xué)準(zhǔn)確性。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于上述原因，本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)澆筑溫度測量值確定有限元計算用澆筑溫度的方法，綜合考慮入倉溫度、混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均澆筑溫度增量與該鋪筑層的實測點的實測澆筑溫度增量的比值、外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均溫度變化量等因素，對實測的澆筑溫度值進行處理與修正，以修正后的澆筑溫度作為有限元分析計算的依據(jù)，保證有限元分析結(jié)果的科學(xué)準(zhǔn)確性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種根據(jù)澆筑溫度測量值確定有限元計算用澆筑溫度的方法，包括：有限元分析計算用澆筑溫度為：tpa＝kδtpch+t1(1)其中，k為混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均溫度增量與該鋪筑層的測量點的實測澆筑溫度增量的比值，t1為混凝土平倉振搗結(jié)束時的混凝土溫度，δtpch為混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間，環(huán)境溫度引起的鋪筑層的測量點的澆筑溫度增量；k值的計算方法為，k＝k1k2(2)k1＝k11(l)k12(t)(3)k11(l)＝4l2-4.9l+2.140.3≤l≤0.5(5)其中，l為鋪筑層厚度，t為混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔，c為混凝土比熱；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；δtpch值的計算方法為：其中，tpc為新澆筑的鋪筑層的測量點的實測澆筑溫度值，為水化放熱引起的溫度回升，可采用試驗數(shù)據(jù)直接分析也可采用擬合公式，δtp為老混凝土熱傳導(dǎo)引起的澆筑溫度的修正項。對于水化放熱引起的溫度回升使用等效水化放熱時間的基礎(chǔ)上采用絕熱溫升實測數(shù)據(jù)，缺少試驗數(shù)據(jù)但具有絕熱溫升擬合公式時，依據(jù)擬合公式確定水化放熱引起的溫度回升量，包括：采用指數(shù)形式擬合時，采用雙曲線形式擬合時，其中，θ0為絕熱溫升終值；a和b、n均為常數(shù)，根據(jù)絕熱溫升曲線性質(zhì)決定；等效水化放熱時間為：其中，tc為絕熱溫升試驗塊的初始溫度；δτ為鋪筑薄層間歇時間。由老混凝土熱傳導(dǎo)引起的澆筑溫度修正項δtp，計算方法為：其中，tpco為老鋪筑層的測量點的實測澆筑溫度值，為老混凝土熱傳導(dǎo)影響系數(shù)。值由有限元計算根據(jù)設(shè)定的計算條件確定。本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明的根據(jù)澆筑溫度測量值確定有限元計算用澆筑溫度的方法，綜合考慮入倉溫度、混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均澆筑溫度增量與該鋪筑層的實測點的實測澆筑溫度增量的比值、外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均溫度變化量等因素，對實測的澆筑溫度值進行處理與修正，以修正后的澆筑溫度作為有限元分析計算的依據(jù)，保證了有限元分析計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高了跟蹤分析結(jié)果的科學(xué)準(zhǔn)確性，能夠為施工現(xiàn)場采取具體的溫控防裂措施提供依據(jù)。附圖說明圖1是本發(fā)明的系數(shù)k1的擬合值結(jié)果圖。圖2是本發(fā)明的系數(shù)k1的擬合值和有限元計算結(jié)果值的誤差分析圖。圖3是本發(fā)明的系數(shù)k2的擬合值結(jié)果圖。圖4是本發(fā)明的系數(shù)k2的擬合值和有限元計算結(jié)果值的誤差分析圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。本發(fā)明公開的根據(jù)澆筑溫度測量值確定有限元計算用澆筑溫度的方法，包括：1、澆筑期間水化熱溫升。等效水化放熱時間為：其中，tc為絕熱溫升試驗塊的初始溫度；t1為混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔；為等效水化放熱時間，即絕熱溫升試驗進行的時間；δτ為鋪筑層間歇時間。水化放熱引起的溫度回升為最好在使用等效水化放熱時間的基礎(chǔ)上由試驗數(shù)據(jù)直接得到。缺少試驗數(shù)據(jù)但擁有絕熱溫升擬合公式時候，可依據(jù)擬合公式確定水化放熱引起的溫度回升量。采用指數(shù)形式擬合時，水化放熱引起的溫度回升為：其中，θ0為絕熱溫升終值；a和b均為常數(shù)，根據(jù)絕熱溫升曲線性質(zhì)決定。采用雙曲線形式擬合時，水化放熱引起的溫度回升為：其中，θ0為絕熱溫升終值；n為常數(shù)，根據(jù)絕熱溫升曲線性質(zhì)所決定。使用式(1)～式(3)時應(yīng)特別注意鋪筑層間歇時間的單位，避免出現(xiàn)因時間單位而引起的錯誤。2、由老混凝土熱傳導(dǎo)引起的澆筑溫度修正項δtp。計算方法為：其中：tpco為老鋪筑層的測量點的實測澆筑溫度值，為老混凝土熱傳導(dǎo)影響系數(shù)。由有限元計算確定，有限元計算的計算條件為：澆筑溫度按0℃考慮，外界溫度按10℃考慮；混凝土澆筑模型底面散熱，其余面絕熱；導(dǎo)熱系數(shù)為164kj/m·d·℃，表面放熱系數(shù)為100000kj/m2·d·℃，計算混凝土比熱為0.6-1.2kj/kg·℃情況下，單位溫度差引起的混凝土溫升。計算結(jié)果見表1～表3，即為鋪筑層厚度分別為0.3m、0.4m和0.5m情況下，老混凝土熱傳導(dǎo)引起的老混凝土熱傳導(dǎo)影響系數(shù)表1鋪筑層厚度0.3m時對應(yīng)的值比熱/0.93小時4小時5小時6小時7小時8小時0.6670.1170.1610.2000.2340.2630.2910.8890.0820.1190.1530.1830.2110.2351.0000.0700.1030.1350.1640.1900.2141.1110.0590.0910.1200.1470.1730.1961.3330.0440.0700.0960.1210.1440.166表2鋪筑層厚度0.4m時對應(yīng)的值比熱/0.93小時4小時5小時6小時7小時8小時0.6670.0360.0600.0840.1080.1320.1550.8890.0200.0360.0540.0720.0910.1091.0000.0150.0280.0440.0600.0760.0931.1110.0120.0220.0360.0500.0650.0801.3330.0070.0150.0250.0360.0480.060表3鋪筑層厚度0.5m時對應(yīng)的值比熱/0.93小時4小時5小時6小時7小時8小時0.6670.0110.0210.0350.0520.0700.0880.8890.0050.0100.0180.0280.0390.0521.0000.0030.0070.0130.0200.0300.0401.1110.0020.0050.0100.0160.0230.0311.3330.0010.0030.0060.0090.0140.0203、環(huán)境溫度引起的實測點澆筑溫度與環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均澆筑溫度的關(guān)系?；炷翝仓?，在外界環(huán)境的影響下，混凝土鋪筑層溫度逐漸升高。設(shè)混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均澆筑溫度增量與該鋪筑層的測量點的實測澆筑溫度增量的比值為k，設(shè)定：k＝k1k2(5)其中，k1＝k11(l，λ，β)k12(t)(6)其中，l為鋪筑層厚度，t為混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，β為表面放熱系數(shù)，c為混凝土比熱。1)k1值的確定k1值由有限元計算確定，有限元計算條件為：澆筑溫度按0℃考慮，外界溫度按10℃考慮；混凝土澆筑模型頂面散熱，其余面絕熱；混凝土澆筑模型厚度為0.5m，導(dǎo)熱系數(shù)為164kj/m·d·℃，混凝土比熱為0.9kj/kg·℃，計算表面放熱系數(shù)為300-1200kj/m2·d·℃情況下，不同厚度混凝土鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值k。根據(jù)表4～表6，在相同鋪筑層厚度和相同混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔的情況下，不同的β/λ情況下，k值相同，可見，k1取值與β/λ無關(guān)。假設(shè)k2取值與鋪筑層厚度l無關(guān)，且k21(l，164，0.9)＝1，根據(jù)表7所示k值與混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t、鋪筑層厚度l的關(guān)系，進行參數(shù)擬合可得：k11(l)＝4l2-4.9l+2.140.3≤l≤0.5(8)表4混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為3小時表5混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為4小時表6混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為8小時表7不同混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t下的k值2)k2值的確定k2值由有限元計算確定，有限元計算條件為：澆筑溫度按0℃考慮，外界溫度按10℃考慮；混凝土澆筑模型頂面散熱，其余面絕熱；混凝土澆筑模型厚度為0.5m，導(dǎo)熱系數(shù)為164kj/m·d·℃，混凝土比熱為0.6～1.2kj/kg·℃，計算表面放熱系數(shù)為600kj/m2·d·℃情況下，不同厚度混凝土鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值k。根據(jù)表8～表11所示不同條件下對應(yīng)的k值，結(jié)合式(5)、(8)、(9)，可得到k2值，見表12～表15。根據(jù)計算結(jié)果，在相同c/0.9(比熱單位kj/kg·℃)和相同混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t、不同的鋪筑層厚度的情況下，k2值可以認(rèn)為是相同的。由此可見，前述式(8)、(9)中的假設(shè)條件k2取值與鋪筑層厚度l無關(guān)是成立的。根據(jù)表16，并依據(jù)前述式(8)、(9)成立的條件k21(l，164，0.9)＝1，進行參數(shù)擬合，可得：表8混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為3小時表9混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為4小時表10混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為5小時表11混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為6小時表12混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為3小時表13混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為4小時表14混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為5小時表15混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t為6小時表16不同混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔t下的k值3)對k11k12k21k22進行驗證對比有限元分析計算結(jié)果和式(8)～(11)擬合結(jié)果進行驗證。有限元計算條件為：澆筑溫度按0℃考慮，外界溫度按10℃考慮；混凝土澆筑模型頂面散熱，其余面絕熱；混凝土澆筑模型厚度為0.5m，導(dǎo)熱系數(shù)為164kj/m·d·℃，混凝土比熱為0.6～1.2kj/kg·℃，計算表面放熱系數(shù)為300kj/m2·d·℃情況下，不同厚度混凝土鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值。根據(jù)有限元計算數(shù)據(jù)，在混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為3小時的情況下，有限元計算的鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值k結(jié)果見表17，利用式(5)、式(8)～(11)計算的擬合值見表18，有限元計算結(jié)果與按照式(5)、式(8)～(11)計算的擬合值之間的誤差值見表19；在混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為4小時的情況下，有限元計算的鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值k結(jié)果見表20，利用式(5)、式(8)～(11)計算的擬合值見表21，有限元計算結(jié)果與按照式(5)、式(8)～(11)計算的擬合值之間的誤差值見表22。對上述計算結(jié)果進行誤差計算分析可知，兩種計算條件下對應(yīng)的平均誤差率分別為2.6％和3.5％，最大誤差也在6％以內(nèi)。由此可見，對任意表面放熱系數(shù)、任意比熱和任意導(dǎo)熱系數(shù)的混凝土，只要混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔在3～8小時之間，鋪筑層厚度在0.3m～0.5m之間，式(5)、式(8)～(11)都是成立的，在這些條件下，均可按照式(5)、式(8)～(11)計算鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值k。表17混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為3小時計算的k值表18混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為3小時根據(jù)公式計算的擬合值表19混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為3小時的擬合誤差值表20混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為4小時計算的k值表21混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為4小時根據(jù)公式計算的擬合值表22混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束的時間間隔為4小時的擬合誤差值4、環(huán)境溫度變化引起的鋪筑層平均澆筑溫度變化量?；炷疗絺}振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間，環(huán)境溫度引起的鋪筑層測點溫度增量，計算公式為：其中：tpc為新澆筑的鋪筑層的測量點的實測澆筑溫度值，為水化放熱引起的溫度回升，δtp為老混凝土熱傳導(dǎo)引起的澆筑溫度的修正項，t1為混凝土平倉振搗結(jié)束時的混凝土溫度。5、確定有限元計算用的澆筑溫度。根據(jù)實測澆筑溫度、入倉溫度、混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均澆筑溫度增量與該鋪筑層的實測點的實測澆筑溫度增量的比值、環(huán)境溫度變化引起的鋪筑層平均澆筑溫度變化量等因素，最終確定用于跟蹤分析的有限元分析計算用澆筑溫度為：tpa＝kδtpch+t1(13)其中，k為鋪筑層平均澆筑溫度增量與實測澆筑溫度增量的比值，t1為混凝土平倉振搗結(jié)束時的混凝土溫度，δtpch為混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間，環(huán)境溫度引起的鋪筑層實測澆筑溫度增量。本發(fā)明的根據(jù)澆筑溫度測量值確定有限元計算用澆筑溫度的方法，在實測的澆筑溫度基礎(chǔ)上，去除了水化放熱的影響因素，并綜合考慮入倉溫度、混凝土平倉振搗結(jié)束至鋪筑層澆筑結(jié)束期間外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均澆筑溫度增量與該鋪筑層的實測點的實測澆筑溫度增量的比值、外界環(huán)境溫度引起的鋪筑層平均溫度變化量等因素，對實測的澆筑溫度值進行處理與修正，以修正后的澆筑溫度作為有限元分析計算的依據(jù)，保證了有限元分析計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高了跟蹤分析結(jié)果的科學(xué)準(zhǔn)確性，能夠為施工現(xiàn)場采取具體的溫控防裂措施提供指導(dǎo)與依據(jù)。以上所述是本發(fā)明的較佳實施例及其所運用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12