前言

混凝土施工期开裂可概括为两个原因，一是混凝土的变形，二是自身或外界的约束，二者缺一不可。引起混凝土变形主要有温度、自生体积和干缩变形等，这些变形相互交织，共同作用，形成了施工期混凝土复杂的变形体系。混凝土变形自由且均匀时并不会产生应力，在自身或外界约束后才产生应力，当应力超过混凝土强度时，结构的完整性遭到破坏，产生裂缝。混凝土裂缝是长期以来影响混凝土结构的完整性、耐久性和抗力能力的主要原因之一，如何防止裂缝的发生与发展已成为困扰混凝土工程界和学术界的关键性技术问题，也是研究的热点问题。

20世纪初期，混凝土的裂缝问题引起了广泛关注，国内外众多学者对其机理及防止方法进行了大量的研究工作，取得了许多成效，也出现了许多误判和误防的案例。混凝土裂缝成因复杂多样，致裂原因亦各相异，不同结构和情况的裂缝产生、发展又各有特点，因此，系统深入地研究和剖析特定条件下裂缝发生机制和发展规律，才能够对症下药，科学合理地采取防裂方法及具体措施。本书针对混凝土坝孔口结构，从混凝土的热力学性能、变形特性、非稳定温度场和应力场的有限元仿真子模型法、计算边界参数及裂缝成因与防裂方法等几个方面进行了较为深入系统的研究，旨在提高孔口结构温度和应力数值模拟与仿真计算的精度和水平。主要创新点如下。

（1）采用子模型技术，提出了针对混凝土坝孔口结构非稳定温度场和应力场仿真的子母模型联合反馈修正算法，重点解决了混凝土坝孔口结构截面尺寸相对很小、精确仿真难度大的关键性问题，研发了计算程序，明显提高了孔口结构的计算效率，在计算机上实现了精细模拟坝体孔口结构的温度和应力仿真计算。

（2）考虑龄期、初始温度、温度历史对水化放热的影响，推导并建立了基于热分析动力学的绝热温升速率模型；此外，还建立了基于等效龄期和尺寸效应的强度计算模型，以及基于等效龄期的自生体积收缩模型和考虑温度影响的徐变系数计算模型。

（3）在现场非绝热温升试验的基础上，采用改进遗传算法，反演了混凝土不同物盖下和不同尺寸塑料管的传热系数；在室内实验的基础上，拟合了表面传热系数的实验关系式，并建立了塑料水管管壁等效传热系数的计算公式。

（4）研究了热胀系数差和自生体积变形差对混凝土结构施工期应力的贡献，认为这些变形差异亦是导致混凝土开裂的原因；统一了保温力度的选择问题，提出了“早期保温力度越小对改善后期表面的抗裂性越有利”的理念；提出了水管冷却力度的控制应以“温度峰值、峰值龄期、冷却速率和停水温度”为指标的建议，并推导了塑料冷却水管最大流速的计算公式。

（5）结合具体工程施工期边界参数反演和孔口结构温度场及应力场的仿真计算分析，对典型孔口结构裂缝的可能启裂时间、启裂位置和发展趋势进行了描述，并以此为基础，提出了具有针对性的防裂措施。

本书的出版得到了国家自然科学基金项目“基于场协同理论的混凝土温度场与水管冷却场换热机理研究（51309101）”和华北水利水电大学“中原经济区水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心”的大力支持，特此表示感谢。

由于时间仓促，加之水平有限，书中欠妥和谬误之处在所难免，敬请读者批评指正，不吝赐教。

华北水利水电大学 陈守开

2015年3月