混凝土结构早龄期开裂的分析与预测

目的预测混凝土结构早龄期开裂的可能性.方法以可靠度理论为基础,建立了混凝土结构早龄期开裂的分析模型,利用开裂概率和临界开裂风险来分析与预测混凝土结构早龄期的开裂情况,并将分析模型在混凝土挡土墙工程中应用.结果混凝土挡土墙分析模型的预测结果与观测结果基本一致.结论应用开裂概率和临界开裂风险来分析与预测混凝土结构早龄期开裂,可以优选混凝土材料的组成,尽量减少混凝土结构早龄期的开裂.     

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.     

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.     

早龄期混凝土软化关系的数值分析

为得到合适的早龄期混凝土软化曲线,更好地研究混凝土早期性能,以早龄期混凝土基本力学性能试验及断裂性能试验为基础,借助有限元软件ABAQUS对早龄期混凝土I型开裂进行了数值模拟. 通过对混凝土3点弯曲梁断裂过程数值模拟结果与试验结果的分析,总结了双线性软化曲线模型与非线性软化曲线模型的优缺点,并在此基础上提出一种新的软化曲线模型--混合型软化曲线模型. 数值计算结果与试验结果表明,混合型软化曲线模型可以准确地描述混凝土的开裂软化行为,分析混凝土的断裂性能.
     

受约束早龄期混凝土收缩开裂的理论预测和试验研究

金南国，金贤玉，田野为了揭示受约束混凝土内部的应力发展以及更好地预测混凝土的开裂时间，研究了纤维对高性能混凝土早龄期力学性能与干燥收缩的影响，考虑徐变、约束度等影响因素，在弹性理论基础上，推导了受约束混凝土环应力增量表达式，采用应力破坏准则预测受约束混凝土开裂时间.研究结果表明，在特定的配合比下，掺加聚丙烯腈纤维使混凝土各龄期的干燥收缩应变降低2％～20％，且降低幅度随着龄期的增加而减小；掺加聚丙烯腈纤维可以延迟混凝土的开裂时间，减小裂缝宽度.针对受约束混凝土环，理论预测掺纤维与未掺纤维混凝土的开裂时间分别为28和22 d，理论预测结果与试验结果吻合良好.     

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。     

早龄期大体积混凝土温度应力与裂缝的关系

温度裂缝严重危害大体积混凝土的结构安全.目前,对混凝土温度应力及裂缝的研究不断深入.两个工程实例的研究表明,因温度及干缩而产生的拉应力破坏可能发生在混凝土早龄期.因此,为防止大体积混凝土温度裂缝产生,对温度和干缩应力与混凝土强度的验算应从混凝土产生温度应力的起点开始,贯穿其应力发展的全过程.     

高掺量粉煤灰混凝土力学性能随龄期发展研究

基于粉煤灰在混凝土工程中广泛应用的现状,结合粉煤灰混凝土力学性能随龄期发展较快的特点,考虑加载龄期和粉煤灰掺量等因素,开展试验研究不同掺量粉煤灰混凝土抗压强度和弹性模量随龄期发展的规律。研究结果表明,随着龄期的发展,粉煤灰混凝土的力学性能呈增长趋势,且随粉煤灰掺量的增加,这种增长趋势愈发明显。在对试验结果分析的基础上,讨论了粉煤灰在混凝土力学性能随龄期发展的机理。对高掺量粉煤灰在混凝土中的工程应用及结构设计等方面提出了建议。     

超高掺粉煤灰混凝土早龄期自生收缩研究

在绝热模式和温度匹配模式两种温度历程养护模式下,采用温度-应力试验机对粉煤灰掺量为35%的基准混凝土和粉煤灰掺量为80%的超高掺量粉煤灰混凝土进行温度应力试验。基于成熟度理论,将实际龄期转化为等效龄期,并由试验测得的两种温度历程下的自由试件的应变值,获得混凝土早龄期热膨胀系数,进而分离出自生收缩应变。提出两种混凝土的自生收缩发展模型,为预测超高掺粉煤灰混凝土的早龄期自生收缩变形提供依据。研究表明,超高掺粉煤灰混凝土的自生收缩发展比基准混凝土的小。     

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.     

混凝土早期变形与开裂敏感性试验研究

利用国内最新研发的温度-应力试验机针对混凝土早期的变形性能及开裂行为进行了一系列研究,分析了几类典型混凝土早期温度、应力、变形的发展规律,并由此得到混凝土早期弹性模量、热膨胀系数发展规律。研究表明:混凝土的变形发展可以分为早期收缩、膨胀、收缩至开裂三个阶段;混凝土的水化热温升与开裂并不直接相关,应同时考虑混凝土内部温度和应力的发展过程;开裂温度作为综合指标,能够有效评价混凝土的总体开裂敏感性;适当的化学外加剂和矿物掺合料能够改善混凝土的早期变形和力学特性。     

Determination of the Thermal Expansion Coefficient of Concrete at Early Ages by Using Temperature-stress Testing Machine

By using the uptodate temperatuer-stress testing machine, the thermal expansion coefficient of concrete at early ages was studied and indicative conclusions were achieved ： temperature rising due to hydration heat is not directly correlated with cracking, but the temperature and stress evolation process should be taken into consideration in the same time. Proper chemical admixtures and mineral cornpasitions can improve the mechanical properties of concrete such as thermal expansion coefficient, which is very indicative in practice.     

混凝土组分对早期抗裂性能影响研究

利用国内最新研发的温度-应力试验机针对混凝土的早期抗裂性能进行了一系列研究,得出混凝土早期温度、应力、变形的发展规律。结果表明,温度已不再是唯一影响早期混凝土开裂的决定性因素,应同时考虑混凝土内部温度和应力的发展过程。相对于传统的单因素实验方法,温度-应力试验能真实全面地反映混凝土早期温度、应力、变形及其发展情况,而且综合考虑了影响混凝土早期开裂的其他因素,是目前研究混凝土开裂机理最有效的方法。     

地下室侧墙混凝土收缩应力及裂缝的仿真计算

由于施工期地下室侧墙混凝土的收缩受到约束,可能导致墙体开裂。传统的经验公式分析方法难以对裂缝进行较为准确的预测,本文根据混凝土温度场及温度应力的计算原理,通过对两工程地下室侧墙混凝土进行施工期热-结构耦合仿真分析,研究了侧墙各点温度及应力分布规律,提出计算侧墙裂缝位置的方法;探讨了开裂后的有限元计算问题,提出了开裂时的瞬时温度和“等效荷载法”。从仿真结果与实际工程的对比可见,本文较为准确地预测了开裂时间和位置,墙体施工期的应力分布规律也可供工程技术人员参考。     

预应力混凝土箱梁桥日照温度效应研究

以广州观音沙大桥为工程实例,根据现场测试结果,提出一种实用算法,用于模拟混凝土箱形梁桥的日照温度效应.建立箱梁横断面的温度分布模型,将温度载荷转换为等效结点载荷;建立空间梁单元模型,计算桥梁结构的挠度和应变,并考虑环境气温对预应力钢索应力的影响.该算法可应用在施工监控中实时调整桥梁结构的挠度和预防温度裂缝.     

大体积混凝土凝固过程的温度和应力仿真与控制

为了防止施工中混凝土出现温度裂缝,保证结构的整体性和耐久性,必须进行温度和温度应力的控制.基于瞬态温度场和徐变应力有限元法,对混凝土凝固过程的温度场和应力场进行了数值仿真和分析.研究表明,实际混凝土内部的最高温度多数发生在混凝土浇筑的最初3～5d.第7d左右开始出现超强度区域且分布最为广泛,以后超强度的区域逐渐减小且大部分分布在应力集中区域.施工时应主要控制第7d左右的温度和热应力变化,同时关注超强区的分布范围.