[发明专利]基于MIDAS的桥梁拱座混凝土浇筑水化热分析方法

权利要求书

1.一种基于MIDAS的桥梁拱座混凝土浇筑水化热分析方法，所述拱座设置在承台上，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：

1)模型建立

取拱座以及其下部的承台的1/4对称部分建立热分析模型，并划分网格；

2)设置边界条件

所述边界条件包括固定温度、对流边界、约束、对称边界，

对承台底部及侧面所有节点添加固定温度；

对承台底面所有节点添加固定约束，限制承台底面节点平动和转动；

在拱座侧模拆模前，对拱座侧面添加模板对流边界，通过设置模板对流系数来确定；

对拆模后拱座侧面和顶面添加砼覆盖对流边界，通过设置砼覆盖对流系数来确定；

对模型的两个对称面上的所有节点分别添加垂直于该对称面的平移约束；

3)计算最大绝热温升值，

Th＝(mc+K·F)Q/c·ρ

其中，Th----混凝土最大绝热温升；

mc---混凝土中水泥用量；

F----混凝土活性掺合料用量；

K----掺合料折减系数；

Q----水泥28天水化热；

C---混凝土比热；

ρ—混凝土密度；

4)施工阶段分析

根据拱座分层浇筑过程及养护期间对拱座定义对应的施工阶段进行数值模拟分析，对应每层浇筑时间定义一个施工阶段，而在拱座养护期间，按不同时间定义多个施工阶段，根据设置的多个施工阶段定义拱座和承台的参数，进行求解计算；

5)结果分析

5.1)温差分析

获取各施工阶段拱座各层中心的节点温度随时间变化曲线和拱座各层表面的节点温度随时间变化曲线，判断拱座中心温度与表面温度差值是否满足要求；

5.2)温度应力分析

根据拱座各层中心的节点应力与允许张拉应力的比值，获取拱座各层中心的节点裂缝比率曲线，判断拱座中心产生裂缝几率是否满足要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5后还包括以下步骤：

6)模拟埋设冷却水管

在拱座内沿竖向间隔设置多层冷却水管，各层冷却水管均呈水平S型布置，每层冷却水管设1个进水口、1个出水口，

从混凝土淹没冷却水管开始向冷却水管通水，最下层冷却水管在被混凝土淹没后开始以不小于3方/小时的流量通水；

拱座浇筑完后10小时至浇筑完后30小时期间，混凝土每淹没一层冷却水管，则对应层的冷却水管以不小于1方/小时的流量通水，此后冷却水管不再通水。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

相邻层的冷却水管的进水口和出水口交替布置。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

在步骤6后，调整冷却水管的位置、供水量以及供水时间，重复进行步骤4和步骤5，直到达到设计要求。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤4中，采用序贯耦合法，将热分析模型转换为结构分析模型，将温度场求解数据作为温度载荷重新加载并进行结构力学求解，得到结构应力场；将节点的应力数据与对应龄期的混凝土的允许抗拉强度进行对比，确定节点的裂缝比率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤4中，设置的多个施工阶段定义拱座和承台的参数包括拱座和承台的弹性模量、泊松比、质量密度、热传导率、比热、热膨胀系数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5后还包括以下步骤：

6)模拟埋设冷却水管

对应每层浇筑的混凝土，将该层混凝土划分为多个区域，对于每个区域中的温度场的节点应力选取最高值，依次按照节点应力由高到低连接各区域应力值最高的节点，形成铺设冷却水管的线路。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，引入冷却水管后的混凝土拱座的温度场分析采用以下公式：

先计算各个时间点τ上的吸收热量速率

Q(τ)＝ρ_wc_w[T_w-in(τ)-T_w-out(τ)]q_w(τ)

其中，ρ_w是水的密度；

c_w是水的比热；

T_w-in(τ)是测量时间τ的进水口水温；

T_w-out(τ)是测量时间τ的出水口水温；

q_w(τ)是冷却水管的流量；

基于该吸收热量速率求解温度场：

其中，T为混凝土温度；

t为时间；

x、y、z为直角坐标系；

λ_c为混凝土导热系数；

ρ_c为混凝土密度；

c_c为混凝土比热；

V_c为混凝土仓的体积；

Q(t)为τ＝t时的吸收热量速率；

θ(t)为水化热函数。