受约束混凝土早龄期温湿度应力计算

为了探讨受混凝土受约束构件在干缩和温度变化影响下的早龄期应力变化规律及开裂风险,以受约束混凝土棱柱体构件为例,建立了混凝土受约束构件在湿度场和温度变化作用下早龄期收缩应力解析计算方法。采用松弛徐变系数法对混凝土徐变的影响作了修正,应用该模型对不同环境湿度、不同单日温度变化和不同约束三种情况的混凝土构件应力应变进行了计算分析。结果表明:约束度越大,应力越大,开裂风险越大;当环境湿度与混凝土内部湿度接近时,环境湿度对混凝土的应力应变影响最明显;单日温度骤降对4 d龄期内的混凝土应力应变影响较为明显。因此,内外约束和环境湿度是影响构件早龄期应力变化的主要影响因素。     

考虑水化度影响的混凝土面板温度裂缝数值计算

混凝土面板早期裂缝主要由温度应力引起,准确预测分析混凝土面板的温度场及温度应力变化过程,并研究混凝土面板温度裂缝的开裂过程,是关系到混凝土面板堆石坝安全的关键难题.基于热传导理论和弹性徐变理论,引入了水化度和等效龄期概念,编制了温度场及温度应力计算程序,对比分析了水化度及等效龄期对混凝土面板温度场及温度应力的影响,并进一步研究了混凝土面板温度裂缝的分布情况及扩展过程.研究结果表明:仅考虑水化度影响的模型温度场及温度应力的计算值偏低,而同时考虑等效龄期的影响,即可有效解决此问题.在混凝土面板温降过程中会产生较大的拉应力,从而引起面板开裂.裂缝主要集中在面板底部和中部,且多为水平裂缝,裂缝深度最终可达到面板厚度的75%,严重影响面板的耐久性,因此需做好相应的防护措施.     

考虑温度历程的早龄期大坝混凝土自生体积变形分离方法现场试验

混凝土在水化过程中会产生自生体积变形和温度应变等现象,与混凝土的耐久性有着密切联系,为工程建设各方所关注。对此,在西南某混凝土特高拱坝混凝土浇筑现场,采用无应力计对冷却水管周围两处不同位置处早龄期混凝土的应变进行现场监测,运用成熟度理论考虑混凝土的温度历程对混凝土水化进程的影响,采取一种新方法将总应变计算式解耦,从而摆脱对早龄期混凝土的热膨胀系数为定值的依赖,得出混凝土热膨胀系数在等效龄期下的历程,最终从无应力计变形监测值中分离出温度应变和自生体积变形。试验结果表明:这种方法能考虑混凝土温度因素,精确便捷地对早龄期混凝土的热膨胀系数以及自生体积变形进行分离,给现场混凝土的养护以及防裂施工提供指导。     

热膨胀系数时变性对混凝土温度应力仿真影响

已有试验研究表明,混凝土的热膨胀系数具有明显的随龄期发展的特性. 为了研究混凝土热膨胀系数时变特性,以及更好地模拟混凝土早龄期温度应力,分析热膨胀系数时变效应对混凝土温度应力仿真的影响,采用温度应力试验机进行试验,对混凝土热膨胀系数进行测定. 引入等效龄期的概念,将混凝土早期变形分离为温度变形与自生体积变形,建立热膨胀系数与等效龄期之间的数学模型. 通过室内试验试件的有限元数值模拟,验证热膨胀系数时变模型的合理性. 将时变模型应用于大岗山特高拱坝施工期的温度应力仿真,通过对比研究,分析热膨胀系数时变效应对混凝土温度应力的影响. 研究表明,混凝土热膨胀系数在早龄期变化较大,考虑其时变性对仿真防裂意义重大. 尤其对于受通水等影响早期温降速率较快的混凝土,考虑热膨胀系数时变效应进行仿真计算应力水平较传统方法偏高,据此计算结果进行防裂设计更安全.     

大体积混凝土施工过程温度应力场监测及有限元分析

大体积混凝土由于水泥水化发热导致混凝土在施工及养护过程中出现升温和降温过程,并在混凝土表面和内部产生温度差,受到边界条件的约束在混凝土的表面和内部产生温度应力.大体积混凝土施工中控制温度的本质就是控制温差引起的温度应力.根据某工程的特殊情况,设计了温度测点和温控方案,并对混凝土水化放热公式系数m进行修正,建立了有限元分析模型,分析过程中考虑了混凝土的力学性能随龄期的非线性增长.通过分析,预测了大体积混凝土的温度变化过程及应力分布情况,并与实测数据对比,吻合较好.其成果可为其他类似工程提供参考.     

高强混凝土温湿耦合应力计算与开裂风险分析

为揭示高强混凝土早龄期构件温湿耦合影响下的应力变化规律与开裂风险,以混凝土棱柱体为例,建立了高强混凝土构件温湿耦合计算方法和早龄期约束收缩应力计算方法,通过编程实现了温湿度场的模拟.计算结果表明:建立的温湿度耦合作用模型能够较好预测高强混凝土1 d到28 d龄期温湿度场的发展变化规律;在浇水养护条件下,温湿度耦合效应对高强混凝土温度场、湿度场和应力影响很小;停止养护后,约束应力和开裂风险快速增大.养护与环境温湿度对高强混凝土早龄期应力变化和开裂风险影响显著.     

基于非线性徐变模型的DAPEIN重力坝温控仿真

目前常采用线弹性徐变模型进行混凝土坝施工期温度应力的仿真分析.当混凝土应力较小时,采用线弹性徐变模型是可行的,但当混凝土应力超过相应龄期抗拉强度的一半时,混凝土的徐变变形与应力之间呈现出明显的非线性关系.改进的非线性徐变模型能考虑徐变变形与应力的非线性关系,将改进的混凝土非线性徐变模型应用到缅甸DAPEIN大坝的施工期温度应力仿真分析中,仿真结果表明,采用线弹性徐变模型与改进的非线性徐变模型计算的徐变温度应力差别较大,采用传统线弹性徐变模型计算的温度应力偏大.     

温湿度耦合效应下早龄期混凝土的相对湿度场

早龄期混凝土温度和相对湿度的时间-空间变化规律是揭示混凝土早期开裂的关键。为此,建立了早龄期混凝土温度-湿度耦合作用分析模型,采用无条件稳定向后差分格式,考虑水化作用、自干燥作用、温湿度扩散作用以及温湿度耦合机制,分析早期混凝土相对湿度的时间-空间变化规律,定量揭示相对湿度的空间不均匀性,分析了水灰比、环境相对湿度以及表面水分交换系数等对相对湿度及其空间变化规律的影响。与实验结果的对比验证了模型的合理性,结果表明：温湿度扩散作用对相对湿度的影响随距扩散表面距离的增加而减小,水灰比对相对湿度的影响与位置无关,而环境相对湿度和表面水分交换系数主要影响混凝土扩散表面附近的相对湿度场。     

空腹式连续刚构桥梁拱结合段水化热的分析研究

运用ABAQUS的二次开发平台,根据等效水化放热速率编写计算温度场的子程序,并通过实际案例验证子程序的合理性,然后基于等效龄期法考虑早龄期混凝土弹性模量非线性增长,从而计算温度应力。结果表明：梁拱结合段温度分布不均,严重影响混凝土弹性模量的均匀性,交汇区弹性模量差值最大达8 GPa,考虑温度影响的弹性模量不会改变结构第一主应力变化趋势,但交汇区箱室内表面及交汇区核心混凝土,考虑温度影响弹性模量求解的第一主应力峰值较不考虑增大了1.4倍和1.6倍。因此,在分析散热受到限制的异形混凝土结构中的水化热应力场时,有必要考虑水化热非均匀温度场对温度应力的影响。     

早期混凝土热学参数优化及温度场精确模拟

早期混凝土温度场变化剧烈,其生热过程、导热性能都与水化过程密切相关。综合混凝土绝热温升方程、热学参数和边界条件三方面,进行了早龄期混凝土热学参数优化和温度场精确模拟的研究。在室内试验基础上,采用Python语言编写遗传算法程序,并将二次开发的ABAQUS温度场子程序嵌入到遗传算法中,进行了绝热温升方程的参数优化;考虑导热系数和比热变化,开发了基于水化度的热学参数子程序。采用优化后绝热温升方程对某工程实例进行了对比研究,结果表明：热学参数变化对早期混凝土的温度场分布有重要影响,考虑水化度热学参数变化的工况比不考虑该参数变化的工况,承台内部温度最高值增大7.28%,表面温度最高值增大14.30%,内外温差增大3.81%,内外温差值较高的范围也较大;研究成果能更为精确的预测结构早期应力和开裂。     

混凝土结构的温湿耦合仿真计算

为研究混凝土的温度和湿度变形及开裂机理,采用热质耦合传导理论、混凝土水化理论等对混凝土的热湿、应力状态进行计算。热湿耦合方程组算法在空间域采用有限元格式,在时间域采用两点差分格式,建立数值计算式,并编制了三维有限元多场耦合计算程序。用该程序对混凝土结构不同浇筑过程进行模拟,从计算结果得知,内外湿度变化的不均匀引起的干缩加大了混凝土表面出现裂缝的几率,整体干缩增大了后期强约束区应力,但如果需要采取适当的措施,如早期洒水养护,表面保温,通冷却水管等可以防止裂缝的产生。     

160 000 m3大型LNG储罐混凝土外罐施工全过程温度作用分析

为了解160 000 m3大型液化天然气(LNG)储罐混凝土外罐在施工期间的抗裂性能,避免由于水泥水化放热、混凝土收缩、外界气温变化而造成的外罐墙壁竖向开裂及扶壁柱局部环向裂缝现象,运用有限元数值模拟技术,采用增量法,分别探讨了施工模板材料、施工质量、施工季节及混凝土入模温度对混凝土外罐温度应力分布的影响及其规律.结果显示:模板对温度应力的影响作用较小,混凝土收缩导致混凝土拉应力持续增长,温度应力随着施工季节温度的变化而产生相应波动,施工质量及施工季节对温度应力的影响较大;在上述结论基础上,视温度应力结果为水化热、混凝土收缩、外界气温及入模温度各自单一影响作用下温度应力的叠加,进而总结出各因素对混凝土施工阶段温度应力的影响规律,并提出可供实际工程参考的防裂措施建议.     

聚丙烯纤维增强泡沫混凝土性能研究

利用体积法计算出不同干密度聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的配合比,制备出聚丙烯纤维增强泡沫混凝土。研究不同等级干密度对其力学性能、保温性能和干燥收缩性能的影响,并在良好保温性能、强度与较低干收缩条件下,探讨聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的最优干密度。结果表明:干密度等级越高的聚丙烯增强泡沫混凝土力学性能好,干燥收缩值变化较小,但其导热系数较大,保温性能差。具有良好保温性能、强度与较低干收缩聚丙烯纤维增强泡沫混凝土的最优干密度为800-900 Kg/m3。     

镁渣复合掺合料混凝土的干燥收缩特性

针对镁渣利用率低,以及对现代混凝土尺寸稳定性要求高的问题,以镁渣掺量、掺合料取代率和矿粉复合率为因素,设计正交试验方案,试验研究镁渣复合掺合料混凝土的干燥收缩特性,分析作用规律,建立关系模型,微观结构分析掺合料的作用机理。结果表明：镁渣复合掺合料混凝土的干缩变形与时间呈相关性很好的双曲线关系,其拟合参数的关系模型显著性水平高,与各因数的相关性好;混凝土的干缩变形随镁渣掺量和掺合料取代率的增大而减小,随矿粉复合率的增大而增大,作用的重要性次序为镁渣掺量、掺合料取代率和矿粉复合率;镁渣对混凝土干缩的作用效应随时间逐渐增大,90d基本趋于稳定,测定龄期内混凝土仅有收缩,无膨胀变形,掺入适量的镁渣来补偿混凝土的收缩变形是可行的。     

高层钢管混凝土结构施工全过程数值模拟

基于CEB-FIP MC90的混凝土时变模型,建立了按主从节点约束考虑钢管与混凝土共同工作的钢管混凝土时变分析模型,提出了高层钢管混凝土结构施工全过程的数值模拟方法。对某高层钢管混凝土结构进行了数值计算,计算中考虑了混凝土的收缩徐变效应和施工工序影响,与施工过程的监测结果做了对比分析。研究表明,施工过程和收缩徐变对高层钢管混凝土结构影响很大,实际结构在设计和施工中必须予以考虑。     

高强混凝土的干缩及自收缩性能研究

设计6种不同配合比及3种养护条件实验研究了水灰比、矿物掺合料和养护条件对混凝土干缩及自收缩性能的影响。结果表明,混凝土的自收缩率随水灰比（w/c）降低而提高,当w/c由0.50降低到0.23时,90 d自收缩率由64×10-6提高到441×10-6,提高了近7倍,显示出高强混凝土具有显著的自收缩特点。掺入硅灰将增大高强混凝土的自收缩率,密封养护和暴露养护时高强混凝土收缩率无明显区别。从整体干缩性能看,高强混凝土和普通混凝土之间无明显差别。     

低温下LNG储罐混凝土外罐的静力性能分析

以160 000 m³ 液化天然气LNG储罐混凝土外罐为研究对象,借助ANSYS有限元,针对LNG低温液体发生泄漏时,在低温作用下的受力与变形性能展开模拟研究,获得了稳态对流换热条件下的温度场及其温度应力分布．采用热-固耦合分析方法,将低温液体作用下的混凝土外罐罐壁处的温度应力与其他静力荷载作用下的内力进行了不同工况下的内力组合,确定了结构的最不利内力包络图,并以此为依据对LNG储罐混凝土外罐罐壁进行了预应力钢筋的配筋计算与布置．研究结果表明:低温液体下产生的温度应力使LNG储罐混凝土外罐发生整体向内收缩变形的趋势;罐内液体压力对结构内力及变形起主导作用;满液位泄露时LNG储罐混凝土外罐的薄弱部位位于距底板约10 m高度处．     

Effects of specimen shape and size on water loss and drying shrinkage of cement-based materials

The effects of specimen size and shape on development of water loss and shrinkage of mortar and concrete respectively were investigated. The experimental results showed that the effects of specimen size and shape on water loss ratio were consistent with those on drying shrinkage strain. It is also indicated that drying shrinkage strain has obvious linear correlation with water loss ratios independent of specimen size and shape. The effects of specimen size and shape on the water loss ratio were embodied in established model of averaged relative humidity improved by considering effects of sequential hydration and calculated by finite difference method. Furthermore, the effects of specimen size and shape on drying shrinkage strain of concrete were experimentally deduced and applied to modify criterion EB-FIP1990. The comparison between experimental and calculated results shows that the modified EB-FIP1990 can be adopted to predict drying shrinkage strain of concrete with reasonable accuracy.     

巨尾桉与青杨热学参数影响因素的实验研究

木材热学参数在木材干燥的理论研究中十分重要。由于种种原因,绝大多数木材热学参数都是一片空白。利用准稳态法测量了不同含水率下巨尾桉和青杨径向和弦向的导热系数和比热。试验结果表明含水率在巨尾桉和青杨的热学性质的影响因素中起主要作用。其热学参数与含水率成曲线关系,且随含水率增加导热系数、比热增大,导温系数减小。通过回归分析得到了相关度0.98以上导热系数、比热的经验公式,并与现有文献中的公式进行了比较。