台灣地區巨積混凝土配比之早期溫度場分析與預測

Early Thermal Field Prediction and Analysis of Mix Design of Mass Concrete in Taiwan

張哲侖(Tse-Lung Chang)

指導教授 ： 詹穎雯

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2020年)

https://doi.org/10.6342/NTU202003108

摘要

本文使用ANSYS分析巨積混凝土在早齡期的溫度場表現，透過大量分析資料尋求回歸方法，並將回歸的結果以本研究開發之巨積混凝土最高心溫與最大心表溫差概算程式呈現，供設計者在設計時，能直接輸入混凝土配比求得溫度反應，檢核是否符合巨積混凝土的溫度規範，以實現不經過實驗量測和有限元素分析方法，即立刻求得混凝土配比對應的初步溫度預測。
不同的混凝土配比有著不同的水化性值，而水化的速率和水化的程度會直接影響水化熱的釋放量，因此需以水化度模型來體現不同混凝土配比對水化發展的差異，進而推得生熱率對時間的函數。水化度模型主要受到三個參數影響：極限水化度α_u、水化時間參數τ、水化形狀參數β，水化度參數的準確性將直接影響溫度場模擬的表現。本研究參考國外學者的水化度預測模型，以台灣地區混凝土配比加以修正並探討預測模型的統計指標，使得水化度參數能夠由配比直接推得。
在有限元素分析的部分，本研究採用本研究群以成熟度法修正齡期的方式加以分析。然而先前研究群的模擬以現有設備運算將耗費太多時間，無法取得大量資料以觀察不同參數對溫度場反應的趨勢，因此本研究對模型本身進行了簡化，探討誤差的程度和簡化條件，以進行後續不同參數的分析。
透過改變不同對溫度影響較大的參數得到大量數據，觀察每一參數對溫度場反應的影響與趨勢，將所有參數結合並以數學回歸的方式得到最高心溫對參數的關係式，且經過數據分析結合熱傳偏微分方程得到最高心溫與最大心表溫差的關係，建立一個可供工程師由配比出發，直接推得最大溫度反應以進行初步規範檢核之巨積混凝土溫度概算程式。

關鍵字

巨積混凝土 ； 成熟度法 ； 水化度參數 ； 台灣巨積混凝土配比 ； 預測模型 ； ANSYS ； 有限元素分析

並列摘要

ANSYS, which is a finite element method software, is used to analyze the early age temeperature field of mass concrete in this thesis. The main purpose in this study is to provide a method for engineers to get the value of maximum center temperature and the maximum surface-center temperauture difference in mass concrete through mix proportion. The prediction of temeperature reaction is regressed by a large amount of analysis data from ANSYS.
The mix proportion affects the hydration rate which control the amount of hydration heat directly. The reasonable hydration curve has great influence over heat generation rate. The hydration model controls by three paramters, the ultimate degree of hydration α_u, the hydration time parameter τ and the hydration slope parameter β. In order to get the correct hydration parameters from mix proportion, this study modified the hydration parameters prediction model of J.L. Poole by Taiwanese mix proportion.
In finite element analysis, maturity method is used to modify concrete age. Although this method can get more accurate answers, it takes too much time to complete the simulation. In order to get the relationship of different parameters to temperature reaction, model simplification is also a serious issue to solve.
By analyzing the influence of each paramters on temperature field reaction, it is feasible to regress all parameters and get the equation between parameters and maximum center temperature. Combing all of result in this thesis, it is able to design a program to help engineers get the approximate maximum center temperature and maximum surface-center temperature difference through mix proportion. The program also helps engineers to design mix proportion and check specification.

並列關鍵字

mass concrete ； maturity method ； hydration parameters ； mix proportion in Taiwan ； prediction model ； ANSYS ； finite element method

參考文獻

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