预应力混凝土构件导电加热温度场仿真分析.pdf
《预应力混凝土构件导电加热温度场仿真分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《预应力混凝土构件导电加热温度场仿真分析.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 1 年 第 2 期 (总 第2 5 6 期 ) Nu mb e r 2i n2 0l 1 ( To t a 1 No 2 5 6) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 = 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 0 4 预应力混凝土构件导电加热温度场仿真分析 蒋寅军,朱永华 ( 武汉 大学 土木建筑工程学院 工程力学系 ,湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要: 对于后张法预应力混凝土施工中常见的孔道质量事故, 缺少快速有效的检测方法。 提出
2、基于导电加热技术的混凝土温度场红外 检测技术原理 , 并通过一个算例对预应力混凝 土构件进行温度场仿 真分析 , 分析结果表明 , 导电加热红外检测技术对于预应力混凝土孔道 质量事故的检测从能耗 、 效率和安全性上看是 可行 的, 但需要对通电电流进行控制 , 以免因为产生过高 的温度而影响钢绞线和混凝土 的物 理力学性能。 关键词: 预应力混凝土;导电加热;温度场;红外检测;数值仿真 中图分类号 : T U5 2 8 叭 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 l I ) 0 2 0 0 1 0 0 4 Te mper a t ur e f i el
3、d s i mul a t i on o f el e c t r i c h ea t i ng pr e s t r es s ed c on cr e t e c om p onen t J I ANG Y i n -j u n, Z HUY o n g - h u a ( De p a r t me n t o f E n g i n e e r i n gMe c h a n i c s , S c h o o l o f C i v i l E n g in e e ri n g , Wu h a nU n i v e r s i t y , Wu h a n4 3 0 0 7 2
4、 , C h i n a ) Ab s t r ac t : Du e t O l a c k o f e ff e c t i v e d e t e c t i o n me t h o d, c hann e l q u a l i ty a c c i d e n t s o f p o s t - t e n s i o n e d c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n c a n n o t t o b e d i s c o v e r e d o n t i me I n t e n d e d t o p u t f o r wa r
5、 d a n infra r e d d e t e c t i o n p rin c i p l e b a s e d o n e l e c t ric h e a t i n g t O s o l v e t he a b o v e me n t i o n e d pr o b l e m T he r e s u l t s o ft h e n u me ri c s i m u l a t i o n o n t h e t e mp e r a t u r e fie l d o fa pr e s t r e s s e d c o n c r e t e c o m
6、p o n e nt i n d i c a t e t h a t t h e e l e c t r i c h e i n g i n f r a r e d d e t e c t i o n t e c h n o l o g y, f 0 r i t s e n e r gy c o n s u mp t i o n e ffic i e n c y an d s a f e ty, i s f e a s i b l e f o r d e t e c t i n g t h e c h a n n e l q u a l i ty a c c i d e n t s o f p
7、 r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o mp o n e n t , b u t t h e e l e c t ric c u r r e n t n e e ds t o b e c o n tr o l l e d t o a v o i d h i g h t e mpe r a tur e wh i c h a ffe c t s t h e p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p r o p e i e s o f t h e s t r an d a n d th e c o n cr et
8、 e Ke y w or ds : p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o mp o n e n t ; e l e c t ric h e a t i n g; t e mp e r a t u r e fie l d; i n fr a r e d d e t e c t i o n; n u me ric s i mu l a t i o n 0 引言 在后 张法预应力混凝土施工 中 , 孔道质量事故 ( 孑 L 道位置 不正、 塌陷、 堵塞 、 灌浆不通畅、 不密实等 ) 是常见的质量事故【 l1 , 甚至会导致钢绞线卡死。 对于预防以及处理
9、些质量事故的方法 比较多 1 , 但施工过程中如何发现和准确定位孔道质量事故却 缺少有效的方法 , 以致于一旦 出现孔道质量事故导致钢绞线 卡 死时 , 施工方不得不重做整个预应力构件 , 既造成 浪费 , 又耽误 工期 。因此 , 发展一种快速 、 准确 、 无损的预应力混凝土孔道质 量事故检测方法具有重要的意义。 导 电加热切 削 ( E H M) 技术 研究 表明 : 通 电加热作 用 区域 小, 加热时间短, 热效率高, 对工件没有不良影响l 0 1 。 同时注意到 红外检测技术因为其无损、 快速 、 直观等特点已经有充分发展, 由于钢绞线和混凝土具有不 同的导 电性 , 设想 如果在
10、钢 绞线中 通 以一定 的电流 , 使钢 绞线 发热 , 影 响混凝土温度场 , 经 过一 定 时间后通过红外热像仪获取混凝土构件表面温度场, 或许可以 探测得到质量事故发生的位置, 从而为采取冶当的处理措施提供依 据。 为考察此方法的可行性, 本研究从以下几个方面进行了探索: ( 1 ) 预应力混凝土构件电一 热一 应力耦合分析。 通电钢绞线 温度变化不应当影响钢绞线和混凝土的物理力学性能, 通过研 究通电钢绞线的温度变化规律及其对混凝土温度场和应力的 收稿 日期 :2 0 1 0 - 0 9 2 9 基金项 目:国家 自然科学基金 ( 5 0 4 7 8 0 5 6 ) 1 0 影响, 获
11、得施加的电压( 或电流) 的限值。 ( 2 ) 混凝土表面温度分布影响因素研究。 红外检测对混凝土 表面温度分布有一定的要求, 本研究着重了考察钢绞线埋深、 通 电电流、 通电时间、 通电加热方式( 恒定电流持续通电、 恒温通电加 热) 等因素对混凝土表面温度场的影响, 明确本方法的限制条件。 ( 3 ) 通电加热方法的可行性研究。 混凝 土表面的温度变化要 能够反 映其 内部特性 , 其能耗 、 时 间 、 效率要 满足经济性要求 ; 能耗要低 , 检测要快 速 、 准确 、 无损 。 本研究试图通过对通电加热预应力混凝土构件进行温度 场分析 , 讨论该方法的可行性, 探讨对后张法预应力构件
12、孔道 质量事故的检测方法, 为及时、 准确地预防、 发现和处理孔道质 量事故提供 依据 。 1 预应力混凝土构件的温度场仿真分析 1 1 计算原理 根据焦耳定律, 对钢绞线通以恒定电流时, 其总发热量为: Q = F R t ( 1 ) 式 中: Q 钢绞线 的发热量 , J ; , 钢绞线 中的通 电电流 , A; 尺 钢绞线电阻 , Q; 通 电持续时间 , S 绝热情况下 , 该焦耳热引起的钢绞线 温度 升高 为: AT =一 ( 2) 式 中: 钢绞线温度升高 , ; c 钢绞线材料质量热容; m钢绞线的质量。 考虑到 R s = p t ,m = y l A则式 ( 2 ) 变为 :
13、 A AT = t f 3 ) c y A 式 中: p 钢绞线 的电阻率 , n m; 卜一 钢绞线 长度 ; A 钢绞线横截面积 , r n ; 钢绞线的密度 , k g m 。 式 ( 3 ) 中忽略钢绞线电阻率的温度 系数 。 由热传 导理论 , 三维 非稳定温度场 T ( x , , , , g , t ) 应满足下 列 偏微分方程及相应的初始条件和边界条件 : = + +罟 c4 l + g 【4 J 由上可知 , 混凝 土温度分布及表面温度变化取决于钢绞线 的位置 、 钢绞线电阻 、 通 电电流 的强弱 和通 电时间的长短 。 当钢 绞线位置 、 电流和电阻基本恒 定时 , 总发
14、热量取决于加热 时间 , 时间越长 , 发热量越大。 由于钢绞线通 电发热而使混凝土产生局部温度变化 , 在各 种约束作用下 , 预应力混凝土构件内必然产生温度应力 , 根据有 限元理论可以分析得到混凝土的温度应力分布【 1 l 】 进而可以判断 温度变化是否会对钢绞线和混凝土的物理力学性能产生影响。 为 了不产生 过大 的温 度应 力影响混 凝土性 能 , 混 凝 土 内 部和表面、 表面和环境之间的温差控制宜在 5 o C以内_ l 2 。 根据文 献 4 5 】 的研究, 钢绞线的极限强度随着温度的升高 , 有较为一 致的降低趋势, 但在 3 0 0 oC以下, 预应力钢丝的极限强度降低
15、 很少( 图 1 ) 。 由于大多数预应力 构件的正常工作环境 温度不会 接近 3 0 0 o C, 故 只要满足混凝 土温度控制 条件 , 钢绞线 的物理 性能就不会受到影响。 0 0 00, 0 0 J 0 U 0l 5 U U2U 0 U2 0 030 应变 图 1 高温下钢绞线应力一 应变 曲线卅 根据式 ( 3 ) , 对于长度为 4 m、 公称直径为 = 1 5 2 mm 的钢 绞线 , 限定通 电 1 0 0 S 时 , 钢绞线 温度 与 电流的关 系见 图 2 , 即 相同的时间内电流越大钢绞线温度升高越快。限定温升为 5 时 , 钢绞线温度升高 5所需要的时间与电流的关 系见
16、 图 3 , 即 电流越大 , 升高相 同温度需要 的时 间越短 。 由图可知 , 欲使钢绞 线升高预定的温度, 只需要通以适当的电流。 由于式( 3 ) 是钢绞 线的绝热温升, 实际工作时钢绞线与周围环境之间存在热交换 , 会影 响到钢绞线的温度 , 由于包裹在混凝土 中的钢绞线 只能与 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l 0 0 1 2 0 1 4 0 l 6 0 l 8 0 2 0 0 电流 , A 图 2通电 1 0 0 s时钢绞线温度与 电流的关 系 电 流 A 图 3 钢绞线温度升高 5 o c 所需要 的时 间与电流的关系 混凝土之间传热 , 在电流一定时, 只要适当延长时间
17、就可以获 得预期的温升。 1 2 计算模型 考察 一个 3 5 0 mm( 宽 ) x 6 0 0 mm( 高 ) x 4 0 0 0 mm( 长 ) 的矩 形截面后 张无 黏结预应力 混凝 土简支梁 ( 图 4 ) 。 假设 预应 力钢 绞线对称布置, 钢绞线中心到构件对称面的距离为 6 , 单根钢绞 线公称直径为 6 = 1 5 2 mm, 公称面积 A= 1 4 0 m r n 。 预应力混凝 土梁主要 材料物理参数见表 1 1- 5 。计算时预应力混凝土构件初 始温度和环境温度设定为 2 O o C; 混凝土表面与空气对流换热, 对流换热 系数取为 4 7 4 w ( m2 o C)
18、; 假定 混凝土孑 L 道 内壁温 度与钢绞线表 面温度相 同。 图 4试验梁尺寸及截面 ( 单位 : mm) 为钢绞线通 电可 以采取恒压 和恒 流两种方式 , 考 虑到混凝 土温度控制条件 , 本研究的数值仿真采用恒定 电流通 电方式对 钢绞线加热 , 分别计算钢绞线不同埋 深( 0 、 1 0 0 mm) 时下述两 种工况下钢绞线 和混凝土 的温度变化以及混凝 土的应力 响应 : ( 1 ) 持续通电加热。 假定以恒定电流( 1 = 2 0 、 5 0 、 1 0 0 、 2 0 0 A) 持续加热 。 ( 2 ) 恒温通 电加热 。 电流越大 , 钢绞线升高相 同温度所需 时 间越短
19、, 可 以通过 电子设 备对钢绞线 实现恒 温加热 , 即钢 绞线 达到预定温度就断电, 低于预定温度时就通电, 以保持较低的 能耗 。 计算预设温差为 1 、 2 、 3 、 4 、 5。 , 上述计算工况可 以表述为表 1 , 有限元模型见图 5 。 1 1 7 6 5 4 3 2 l 、 赠 枷 枷瑚 表 1 钢绞线和混泥土物理参数 图 5 有限元模型 ( 1 2构件长度 ) 为 了考察不同的钢绞线位置对混凝土温度场 的影 响 , 分别 考察 6 = 0 、 5 0 、 1 0 0 mm时( 0时为单根钢绞线) 混凝土表面温 度变化趋势 、 混凝土表面温度场分布达到红外摄像检测条件 (
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 预应力 混凝土 构件 导电 加热 温度场 仿真 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【yi****ou】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【yi****ou】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。