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Answer 1

在温度场的实际计算中一般所用的温度参数是混凝土绝热温升0，有两种测定方 法：一是“直接法”，用绝热温升试验直接测定混凝土的绝热温升；另一种是先测定 水泥的水化热，通过计算混凝土的比热、容重与水泥用量之间的关系，得到该结构的 绝热温升，即“间接法”。比较而言，“直接法”相对较为准确，但试验本身操作复杂。 影响混凝土绝热量的主要因素一般可认为有【25J：浇筑时的温度、水泥的品种和用 量，以及组合料的配合比等。由于水泥矿物成分的差别，造成了不同水泥的发热率和 发热量不同，即产生不同的绝热温升，其中铝酸三钙（C3A）的发热率最快，发热量也 最大，其它对绝热温升贡献显著的成分依次为硅酸三钙（c3s）、硅酸二钙（c2s）和铁铝 酸四钙（C社F）。因此，在水泥用量相同的情况下，品种不同（rio组成成分不同）的混凝 土绝热温升也不同。另一方面，水泥越细，其水化反应及发热速率就越快，虽不影响 最终发热量，但对浇筑后的短期温度有较大影响。 在一般的混凝土结构中，由于混凝土的水化反应进程、凝固作用缓慢及逐渐冷却 等发展过程，随着龄期增长，其弹性模量会逐渐增大，而温度应力则大致呈先增大后 减小的趋势，并可分为三个阶段【26】： ①早期应力 一般认为可从浇筑混凝土开始算起，为期约一个月左右，直到水化放热基本结束。 在此阶段，初浇的混凝土水化作用明显，产生大量热量而导致温度快速升高，并伴随 着混凝土凝固而使弹性模量急剧增长。 ②中期应力 一般从水化放热作用基本结束时开始，至混凝土最终冷却到稳定温度时为止。早 期阶段残余的温度应力与该阶段中进一步产生的应力相叠加，并伴随混凝土弹性模量 微幅增长，其增长的幅度则迅速减小。 ③晚期应力 一般认为可从混凝土完全冷却后算起，包括整个使用运行时期。该阶段中无内部 温度变化的来源，温度应力变化完全由外界气温和水温的变化引起。 3．1．2温度场的有限元计算原理 （1）热传导方程 假定从材质均匀、各相同性的固体中取出一个六面体微元Dxdvdz来进行结构温 度场的计算，如图3．1所示【27l： x 图3－1微元热传导原理图 假定在单位时间内，从微元左侧边界流入的热量为qxdydz，从微元右侧边界流出 的热量为qx．咄dydz，则微元体获得的净热量为（qx－qx地）dydz。单位时间内，结构内部 在传热过程中通过单位面积的热量q，其大小与8T／Sx（温度梯度）成正比，其传导方向 则与6T／6X方向相反，即： g。：一A罢生 公式（3．2） gJ2一以—：一：￡f〕氏Lj’么J CⅨ 式中：T为温度，单位为℃；九为导热系数，单位为K耿m％�9�9 ℃）； 假设定义单位体积的水泥在单位时间内，由水泥水化热产生的热量为Qo，则单位 时间内微元体所产生的热量为Q0dxdydz；在时间增量血内，微元体因温度升高而吸 收的热量为： Q：印＿aTd砝xdydz 公式（3—3） Df 式中：c为比热，单位为IO／（Kg＊℃）；P为容重，单位为kg／m3：t为时间，单位 为h。 在完全绝热的条件下，由混凝土水化热作用而引起单元温度上升，其温度度化的 速率为： 塑：旦：一Wq 公式（3—4） 一＝三＝一 公式‘J一4J af cp cp 式中：q为单位重量的水泥在单位时间内经水化作用放出的热量，单位为 kJ／（kg＊h）；0为混凝土的绝热温升，单位为℃；W为水泥用量，单位为kg／m3。 由于热量守衡原理，结构单元由温度升高所吸收的热量值，与其内部水化热和从 外界流入的净热量之和相等。因此综合上述方程组，可得到导热方程如下： 12 一aT＝石k【．万a2T。矿02T‘矿a2TJ．。石Q－h－F－Iar cp 一＝一I一一————，I－一 、叙2 却2 如‖ cp 公式（3－5） 当单元的温度不随时间而变化，即6T／6x＝0时，则可称之为稳定温度场。 （2）初始和边界条件 上述推导得到的热传导方程，反映了物体的内部温度与外部空间、时间之间的相 互关系，理论上有无限多个能够满足该方程的解。因此，若要计算出与真实情况接近 的温度场分布，还需要根据实际工况特点假定一些初始和边界条件。 初始条件主要包括在混凝土浇筑开始的瞬间，结构内部温度场的分布规律，通常 可以认为初始瞬时的温度T0为常数，即T（x，Y，Z，0）＿常数。一般在混凝土浇筑块 温度的计算过程中，可把浇筑温度视为初始温度。 理论上的边界条件一般包括〔28】：混凝土表面与其周围介质相互作用的规律、物体 的空间关系和几何形状等。为方便计算区分，可以依次分为如下四类边界条件129〕： ①混凝土的表面温度为与时间相关的函数T（t），且关系式可假定为己知；假定混 凝土与水接触时，水温即为混凝土的表面温度。 ②混凝土韵表面热流量也是与时间相关的函数0（t），且关系式可假定为己知。 ③当两结构相互接触时，不论其材质差异如何，只要相互之间接触良好，则可假 定其温度和热流量在接触面上为连续的。