文章编号:167128844(2011)0520549205大体积混凝土小温差的长期通水冷却刘俊1,黄玮2,周伟1,常晓林1(1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072;摘要:通水冷却是大体积混凝土温控防裂的主要措施,现有的通水冷却方式要求在短时间内将混凝土温度降低到目标温度,必将在水管附近产生较大的温度梯度,可产生较大的拉应力,不利于水管附近混凝土的防裂,而小温差长期通水冷却方式由于水温与混凝土温度差别较小,可减低降温梯度,减小温度应力.采用三维有限元热流耦合精细算法对大体积混凝土水管的小温差长期通水冷却进行了研究.计算结果表明:现有的通水冷却方式会产生较大的温度梯度和温降速率,使混凝土应力偏大,不利于温控防裂,初步验证了小温差长期通水冷却可以有效地减小混凝土温度梯度和应力的优点.关键词:水管冷却;大体积混凝土;热流耦合算法;小温差长期通水冷却中图分类号:TV642文献标志码:AStudyofsmalltemperaturedifferenceandlong2termwatercoolinginmassconcreteLIUJun1,HUANGWei2,ZHOUWei1,CHANGAbstract:Thecontrolofthetemperaturewithinamassconcretestructurecanbeattainedbyvariousmeansdependingonthesituation.Byowingcoldwaterthroughbuilt2inpipesinthemassconcretestructureisaneffectivemeasure.Thebuilt2inpipesareusuallyarrangedinaregularlatticesuchthatacontroltempera2turefieldwithintheconcretecanbeattained.Butthecurrentwatercoolingmethodcancausethelargetemperaturegradientandthelargeconcretetemperaturefallingvelocitynearthepipe.Theyarenotcondu2civetotheconcretecrackprevention.Sothispapergivesthesmalltemperaturedifferenceandlong2termwatercoolingmethord.Thepaperanalyzesthesmalltemperaturedifferenceandlong2termwatercoolingmethordbasedon3DFEMprecisealgorithm.Theresultsshowthedisadvantagesoftheexistingwatercoolingmethod,whichcausesthelargetemperaturegradientandthelargeconcretetemperaturefallingve2locitynearthepipeandtheadvantagesofthesmalltemperaturedifferenceandlong2termwatercoolingmethod,whichcaneffectivelyreducethetemperaturegra在水工混凝土结构中,混凝土浇筑后由于水化热温升形成的温差在结构中会产生拉应力,可能会使混凝土开裂,因而浇筑后的冷却降温非常重要,以确保混凝土凝固后的质量.国内的很多在建和完建收稿日期:2010203210作者简介:刘俊(19862),男,硕士研究生,主要从事高坝结构理论研究,E2mail:liujun131420@163.com.通讯作者:常晓林(19632),男,教授,博士生导师,主要从事高坝结构理论研究,E2mail:changxl@whu.edu.cn.基金项目:国家自然科学基金项目(编号:50909078).武汉大学学报(工学版)第44卷550的混凝土坝在施工期或者运行期产生了温度裂缝,由此可见温控防裂显得尤为重要.水管冷却是大体积混凝土中常用且非常有效的温控措施之一.现在许多混凝土坝的温度开裂,一方面是因为在现行规范中规定的水温和混凝土的温差为20～25℃,水温和混凝土温度差值过大,在水管附近自生应力相当大[1];再者现行的一期通水、二期通水的划分使混凝土的降温速率过快,通水冷却时在水管附近的温度梯度很大,可引起相当大的拉应力[1].朱伯芳等[1]提出小温差早冷却缓慢冷却是混凝土坝水管冷却的新方向,小温差长期通水冷却方式是将混凝土温度和通水温度的差值维持在一个较小的范围,将冷却水的水温分为多档,长时间的持续通水冷却,混凝土浇筑后即开始通水冷却,原有的一期通水不再有20d的限制,二期通水提前,改变原有通水冷却的明显分割.数值仿真计算中如何考虑水管冷却效果,是温控仿真分析中的一个难点,目前工程上广泛采用的是朱伯芳院士提出的考虑水管冷却的等效算法[2]该方法计算效率高,易于编程实现,对于后期冷却计算和冷却水管位于浇筑层中心的初期冷却是合理的,但不能考虑水管水温的沿程变化以及水管附近的温度梯度,在细观局部上与实际情况有所偏差,而且在实际工程中,大多数冷却水管都位于浇筑层面上,采用等效算法会产生较大的误差[3],因此有必要对混凝土水管冷却进行精细模拟.基于三维有限元热流耦合...