高性能混凝土拉伸徐变模型研究

高强混凝土早龄期因受约束、自收缩、温度变形等而呈现较强的非线性徐变特性,需对其模型进行深入的研究。文章分析了国际常用的CEB-FIP1990模型、ACI 209模型和BP-2模型对早龄期徐变的适用性,结果可知,CEB-FIP1990模型和ACI 209模型不适用于拉伸徐变,BP-2模型可用于3-7d的早期拉伸徐变。结合混凝土老化理论和弹性徐变理论建立适用于拉伸徐变的指数形式徐变预测模型,用于结构受拉状态的徐变分析,经大量试验数据对比可知,该模型可将误差控制在合理范围之内,可用于结构计算。     

超高粉煤灰掺量水工混凝土徐变及预测分析

针对不同粉煤灰掺量(30%~80%)的水工混凝土进行试验研究,总结粉煤灰掺量、加荷龄期、持荷时间等因素对水工混凝土徐变性能的影响;通过对比分析国内外混凝土徐变预测模型,发现B3模型预测值在变化趋势上与试验结果最为接近,但预测值高于试验值,而朱伯芳模型预测值与试验结果最接近。实际工程应用时可结合这两种模型对徐变度进行估算。     

大坝混凝土分数阶徐变模型探讨

混凝土是一种介于理想固体与流体之间,与加载龄期和持荷时间有关的徐变材料。针对分数阶微积分可描述处于理想固体与流体之间不同状态的流变行为,建议将分数阶模型应用于混凝土徐变模型分析。首先基于带软体元件的广义开尔文模型,建立了5参数分数阶徐变模型;接着结合复合形优化算法反演出混凝土分数阶徐变模型的5个参数。工程算例分析表明,分数阶徐变模型计算值与试验值吻合效果良好,且与8参数模型拟合效果相当,将分数阶流变模型应用在混凝土徐变中为混凝土徐变分析提供了一种新思路。     

基于ANSYS二次开发的早龄期混凝土徐变应力计算

徐变是混凝土材料所具有的时变特性,对早龄期混凝土的应力影响很大,不可忽略,然而工程界主流的通用有限元程序不支持混凝土徐变的计算,不利于工程应用。为此,笔者通过对ANSYS用户子程序usermat进行二次开发,编写了自定义的材料模型,利用ANSYS程序实现了混凝土弹性徐变方程的隐式解法。在此基础上,通过算例验证了该二次开发子程序的正确性,并将其应用于实际工程,通过对比,采用弹性徐变方程隐式解法求得的计算结果与实测值的变化规律相同,数据也比较吻合,误差范围一般在0.3 MPa以内,证明该子程序具有较好的精度,可以推广应用于工程早龄期混凝土温度徐变应力的预测和计算。     

预应力混凝土迭合梁收缩徐变微差应力

收缩徐变微差应力为均匀微差和梯度微差分别所产生的应力之和,不能无视梯度微差应力的存在。本文推导了用以计算梯度微差应力的公式,既适用于预制部分在预应力作用下,其曲率滑梁长方向为常量时;又适用于预制部分承受自重以及施工荷钱后,其曲率为变量时。试验表明,有支撑施工的非预应力混凝土迭合梁的收缩徐变微差应力随龄期而增长,达到最大值后又随龄期而减少,以至到达可以忽略不计的程度;在短龄期的应力,其计算值尚须乘以0.5左右的折减系数。无支撑施工、一次加载的预应力混凝土迭合梁,除预制部分高度为10厘米的梁外,收缩徐变微差应力的计算值与试验值基本一致。无支撑施工、二次加载的预应力混凝土迭合梁,预制部分底缘的收缩徐变微差的拉应力很小,在设计中可以忽略不计。为验证以上认识,进一步试验研究尚有必要。     

基于实测徐变的水工混凝土细观力学参数反演

现有混凝土细观力学参数反演分析一般是基于实测轴向应变进行,而荷载作用下的混凝土试件存在明显的泊松效应,因此联合实测纵、横向应变优化反演的力学参数更能反映材料的真实性能。首先开展了不同加载龄期的水工混凝土单轴压缩徐变泊松比试验,然后基于加荷和持荷阶段的实测纵、横向应变,采用“正交设计-神经网络-细观有限元模型”相结合的方法,反演获得了骨料与砂浆的弹性力学参数;进而将混凝土实测徐变度作为砂浆徐变度的初始值,反演获得持荷阶段砂浆徐变度及徐变泊松比;最后对比分析了反演获得的砂浆徐变度和混凝土徐变度。结果表明：骨料、砂浆的力学参数与混凝土力学参数存在差异,基于实测应变反演获得的骨料、砂浆弹性泊松比在0.13~0.20之间,砂浆徐变泊松比为0.125;相同加载龄期下,砂浆的徐变特性与混凝土的徐变特性相似且砂浆的徐变度要大于混凝土的徐变度,反演获得的砂浆徐变度约为混凝土徐变度的2.5倍。     

混凝土双轴弹模-徐变试件垫层效果试验分析

混凝土双轴受压弹模和徐变试验加载应力控制在相应龄期棱柱体强度的30%~40%,相比混凝土抗压强度试验,试件表面轻微不平整和倾斜以及钢承压板与试件承压面的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响更大。为减小混凝土试件承压面轻微不平整和倾斜以及钢压板与混凝土试件间的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响,提出适用于混凝土双轴弹模和徐变试验、能使混凝土试件在弹性变形阶段整体应力应变均匀性好的垫层。通过棱柱体混凝土试件单轴受压时不同材料和组合的垫层对应变偏差率、应变曲线及弹性特征影响的比较,筛选3种组合垫层进行双轴弹模验证试验。结果表明聚四氟乙烯薄膜(PTFE)夹土工布的组合垫层能在双轴受压弹模试验中有效降低试件竖向和横向应变偏差率,使混凝土试件应力分布均匀,2层1.0 mmPTFE夹1.2 mm土工布的组合垫层总体效果最好。     

高强混凝土双轴徐变数值模拟及试验验证

以均质连续介质为假设建立高强混凝土多孔介质徐变数值模型，分析不同双轴应力组合对徐变效应的影响，以获得高强混凝土在双轴应力状态下的徐变发展规律，同时开展高强混凝土双轴徐变试验论证.计算结果和试验结果均表明徐变系数和应力状态密切相关，双轴应力状态下混凝土徐变系数小于单轴应力状态，且竖向应力对徐变系数影响较大；在试验和计算条件下，180 d双轴应力状态的徐变系数分别为相应单轴状态的73%和90%左右.     

循环荷载作用下高强混凝土收缩徐变试验研究

高强混凝土收缩徐变特性是国内外混凝土材料性能研究的重点之一,而循环荷载作用下高强混凝土收缩徐变报道较少.以预应力钢筋混凝土梁为试验对象,开展了循环荷载作用下高强混凝土徐变试验,得到了相应循环荷载作用下高强混凝土弹性模量和收缩徐变系数,并将收缩徐变系数和现有收缩徐变模型计算值进行了对比分析,结果表明在循环荷载作用下高强混凝土徐变明显大于恒载作用下的徐变,徐变发展呈单调递增趋势,预应力损失和高强混凝土徐变具有耦合关系;因现有模型不能准确预测收缩徐变发展规律,建议采用指数函数拟合进行计算分析.     

特大跨连续刚构桥混凝土收缩徐变影响因素分析

混凝土的收缩徐变是造成大跨度连续刚构桥跨中长期下挠的一个极其重要因素,而影响混凝土收缩徐变的因素很多,如环境相对湿度、张拉龄期、持续加载时间等,为探究各因素对混凝土收缩徐变的影响程度,以河门口特大桥(主跨135 m+240 m+135 m连续刚构)为例,利用有限元计算软件Midas/Civil建立计算模型,分别对上述因素以及收缩徐变模型进行了计算分析,表明环境相对湿度是重要的影响因素。分析结果对大跨度连续刚构桥的设计及施工具有一定的指导意义。     

基于温度-应力试验的自生体积变形计算起点的研究

针对标准试验方法在混凝土自生体积变形计算起点方面尚存在的问题,本文以微膨胀抗冲磨混凝土为研究对象,对ASTM C1074活化能测试方法进行改进,获得更为准确的胶凝材料水化反应活化能,并基于活化能计算得到实际温度条件下试件的等效龄期;利用温度-应力试验的特点,以第一零应力对应的等效龄期作为自生体积变形的有效计算起点,在日本混凝土学会提出的混凝土自生体积变形模型基础上,以自生体积变形最大膨胀值作为分界点分段模拟分界点前后的变形,建立以温度-应力试验第一零应力时间为计算起点的自生体积变形模型,为准确建立抗裂机理模型提供参考依据。     

基于温度-应力试验的混凝土早龄期应变分离及热膨胀系数计算

针对采用标准试验方法难以测试早龄期混凝土热膨胀系数、难以分离温度应变与自生体积应变问题,本文利用温度-应力试验的特点,引入第一零应力时间作为有效应变测试的起测点;建立了以等效龄期作为时间尺度并考虑温度影响的混凝土自生体积应变的数学模型,实现了自生体积应变与温度应变的分离;提出分两阶段考虑早龄期混凝土的热膨胀系数,在升温阶段和降温阶段混凝土的热膨胀系数均为常数。     

外掺MgO混凝土自生体积变形反正切曲线模型参数计算式的改进

根据近年来MgO混凝土研究与应用的新发现,对外掺MgO混凝土自生体积变形反正切曲线模型的参数计算式进行改进,将外掺MgO混凝土在龄期90 d的自生体积膨胀量特征值ε₉₀改进为以混凝土在龄期180 d的自生体积膨胀量ε₁₈₀为特征值。结果表明:利用改进后的参数计算式计算的外掺MgO混凝土自生体积变形,在龄期150 d以后的拟合值与实测值更加接近,偏差率一般为2%～7%,甚至<1%;极限膨胀量减少4×10^-6～7×10^-6,与实际也更加接近。改进的计算式可供广大工程技术人员和科研人员参考。     

MgO混凝土变形模拟中新的"等效龄期"法

为考虑变温条件对MgO混凝土微膨胀过程的影响,提出了一种新的“等效龄期”法。采用该方法,可以简便地对实际工程中MgO混凝土的自生体积变形进行计算,并能保证较高的精度,为MgO补偿收缩混凝土的温度场、应力场计算提供了方便。分析还证实,计算过程中是否考虑温度的影响,对变形模拟的结果有较大的影响,考虑温度影响的变形过程线将更加合理有效。     

长龄期MgO混凝土自生体积变形与水泥基材料压蒸膨胀变形的关联性

针对水利水电工程挡水坝常用的三级配粉煤灰混凝土,采用压蒸试验、自生体积变形观测、压汞分析、电镜扫描、X射线能谱等方法,对水泥砂浆、一级配混凝土的压蒸膨胀变形与龄期长达6 a的三级配外掺MgO混凝土自生体积变形的关联性进行了研究。结果表明:外掺MgO混凝土的自生体积膨胀变形与水泥砂浆、一级配混凝土的压蒸膨胀变形没有关联性。现行以水泥砂浆试件或一级配混凝土试件的压蒸膨胀变形曲线拐点或压蒸膨胀率为0.5%确定的坝体混凝土的MgO极限掺量,虽能够保障混凝土大坝安全运行,但未能反映外掺MgO混凝土膨胀变形的实际情况。     

基于水化度的MgO混凝土自生体积变形计算模型

氧化镁膨胀量的计算模型大都为经验性公式,在应用上具有局限性.为此,从MgO水化反应的本质出发,在混凝土等效龄期和水化度概念的基础上,提出新的基于水化度的MgO混凝土自生体积变形计算模型.该模型反映了氧化镁混凝土膨胀的基本规律,又能很好地与试验数据吻合,可模拟经历任意温度过程的氧化镁的膨胀量.     

江垭大坝应力应变监测资料分析

通过对江垭大坝5向应变计组、无应力计实测数据物理量换算,利用变形法反推应力,得出了江垭大坝混凝土无应力计线膨胀系数、自身体积变形和应变计组实际应力,并对实际应力分布情况进行了分析,得出了江垭大坝重点部位应力应变情况。     

MgO混凝土自生体积变形影响因素分析

自生体积变形是MgO混凝土在工程应用中最重要的性能之一。系统研究了MgO膨胀剂品种和掺量、水泥品种、骨料种类、粉煤灰掺量等原材料以及水胶比对龄期长达1 400 d的MgO混凝土自生体积变形性能的影响。结果表明：掺入4%～6%、活性反应时间为50～200 s的MgO膨胀剂后,混凝土的自生体积变形经过2 a左右逐渐趋于稳定,无倒缩或不收敛现象;水泥中MgO含量并不能真实反映产生有效膨胀的方镁石含量;骨料长期吸水率与MgO混凝土的自生体积变形存在着良好的对应关系,骨料吸水率越高,其MgO混凝土自生体积膨胀变形越小。     

高拱坝大体积混凝土自生体积变形回归分析——以溪洛渡水电站为例

在大型水电工程施工过程中,对混凝土的自生体积变形要求日趋严格。准确掌握混凝土自生体积变形,对结构防裂和改善内部应力状况有重要作用。以溪洛渡水电站为例,通过对坝段中布设的无应力计观测数据进行回归分析,得出了更接近实际值的自生体积变形,充分了解了坝体混凝土温度变形的实际线膨胀系数以及自生体积变化规律,通过与室内实验结果比较,发现回归分析结果与实际较为吻合。      

水工钢闸门主梁模糊失效概率计算方法研究

为合理计算水工钢闸门主梁模糊失效概率,分别将主梁相对变形当作一个随机变量及三个变量的组合,采用积分法、当量随机化方法及蒙特卡罗法进行了计算。当相对变形为一个随机量时,采用积分法及当量随机化方法计算,两者的差别在于积分法用隶属函数描述模糊限值,当量随机化方法是将模糊限值当量作为一个随机量。当相对变形看作三个变量的组合时采用蒙特卡罗法进行计算,该方法考虑了三个变量的分布特性,更符合实际情况,模糊限值也用随机量表示。计算表明,积分法与当量随机化方法结果相近,验证了当量随机化方法的精度;蒙特卡罗法结果与相对变形服从正态分布时、用当量随机化方法计算的结果接近,故主梁相对变形服从正态分布更为合理。三种计算方法中,当量随机化方法计算失效概率相较于其它方法有计算过程简便,效率高的优点。