早龄期混凝土徐变性能和损伤发展研究

混凝土的徐变性能和损伤发展对于混凝土结构的耐久性有重要影响。混凝土徐变往往是混凝土裂缝萌生的起源,是结构预应力损失及应力重分布的原因。徐变对混凝土性能的影响在混凝土的早龄期阶段更为明显。为此,进行了早龄期混凝土梁的三点弯曲断裂和徐变试验,来揭示早龄期混凝土梁的徐变发展规律以及徐变对混凝土损伤发展的影响。之后,从细观层面对混凝土梁的徐变及损伤发展进行了数值模拟,并得到了混凝土梁裂缝扩展的过程。试验和数值模拟结果表明早龄期混凝土更容易发生徐变变形;低应力水平下的徐变没有对早龄期混凝土的损伤发展产生明显影响;混凝土徐变产生的微裂缝出现在水泥砂浆与骨料颗粒的交界面处。     

寒区隧道洞口仰拱混凝土早期开裂机理研究

结合数值模拟与对寒区隧道洞口段仰拱填充混凝土早期变形与开裂特征进行了研究。通过ABAQUS平台编写混凝土早期水化热、早期力学性能、温度与湿度动态变化过程子程序,并结合XFEM模拟了混凝土多场耦合作用下裂缝萌生与扩展过程。与某寒区隧道工程仰拱填充混凝土开裂情况进行了对比验证,结果表明:温湿变化耦合作用数值模型可以较好地反映混凝土早龄期温度变化趋势和表面裂缝扩展特征;负温环境和温度应力是其表面开裂的主要原因,既有混凝土和厚度较大处更严重;降低混凝土出罐温度、提高混凝土养护温度可有效避免寒区隧道施工仰拱填充混凝土早龄期表面开裂。     

早龄期混凝土单轴拉伸试验的数值模拟

基于强度为C40,龄期分别为2d,7d,28d的混凝土单轴拉伸试验,通过编制用户子程序调用通用有限元软件ABAQUS中的损伤塑性模型,对试验进行了数值模拟。该模型将损伤和塑性作为材料的两个内变量,共同引起混凝土的强度变化及变形。混凝土试件宏观裂缝的出现及扩展（应变软化段）由耦合了损伤变量的弥散裂缝模型进行计算。将模拟出的应力一位移曲线与试验曲线进行对比,并将不同龄期的曲线之间进行了相互对比。结果均令人满意。通过对模拟出的塑性应变场、损伤场的分析,形象地再现了早龄期混凝土试件单轴拉伸破坏的全过程,为早龄期混凝土结构的拉伸损伤断裂过程分析提供了有力的数值工具。     

混凝土早龄期性能与裂缝控制研究

混凝土在建筑施工时有很大的用处,并一定程度上影响着建筑物的质量。本文通过探讨混凝土的早龄期性能,围绕混凝土的早期开裂机理、损伤塑型与弥散裂缝模型、早龄期温度裂缝控制与数值模拟、混凝土的结构开裂、混凝土早期裂缝控制的具体应用六个方面展开讨论,希望对混凝土的早龄期裂缝控制有一定的掌握。     

早龄期荷载与负温作用的井壁混凝土性能研究

对于冻结法施工的井壁混凝土,由于在早龄期受到了冻结土压力等荷载以及负温的作用,所引起的混凝土早期损伤会导致井壁混凝土耐久性下降。针对这些问题,研究了早龄期荷载和负温耦合作用对冻结竖井井壁C60混凝土抗压强度、氯离子扩散系数、声发射特征的影响。结果表明:在早龄期荷载和负温耦合作用下,随着早龄期荷载的增加,抗压强度明显下降,氯离子扩散系数有所提高,混凝土的渗透性由"中"变为"高",内部产生了更多的微裂缝,导致声发射"活跃阶段"提前出现;防冻剂的加入能提高在早龄期荷载和负温耦合作用下的混凝土抗压强度以及抗氯离子侵蚀性能;在混凝土中掺入仿钢纤维后可明显增加混凝土在早龄期荷载和负温耦合作用下的受荷载能力以及抗氯离子的渗透性能,对应的声发射信号相对稳定。     

混凝土早龄期性能与裂缝控制

从混凝土微观结构出发,研究普通混凝土、高性能混凝土成型过程的时变温度场;对裂缝持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统的研究;综合考虑混凝土材料、结构特征,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施;提出裂缝开展的预测和控制方法,建立裂缝扩展过程的损伤模型;在理论分析与试验研究的基础上,总结了混凝土早龄期的水化、温度、收缩、徐变、力学性能和断裂性能随时间的发展规律;综合分析各种因素对混凝土早期开裂的影响,推导了混凝土结构内部应力的增量计算方法。对室内试验与实际工程的研究表明：对混凝土早期开裂的分析应该是对混凝土温度、收缩、徐变、力学性能、结构特征等因素的综合动态分析,提出的混凝土早龄期开裂分析模型与试验结果吻合良好,采用理论模型结合数值模拟的方法可以有效提高分析过程的效率与准确性。图18参22     

余震作用下早龄期混凝土柱裂缝及内部损伤分析

通过对不同龄期新浇筑混凝土柱施加不同地震加速度作用的试验,以模拟新浇筑钢筋混凝土结构构件受地震作用后的影响.研究发现,处于早龄期的混凝土柱在地震作用下产生自上而下的水平裂缝,裂缝位置在柱箍筋位置附近,且越接近柱端,裂缝越宽.龄期在48h以后的混凝土柱在受到地震扰动下,柱身和柱根均未见明显水平裂缝.通过超声波探伤表明,内...     

寒潮突袭对混凝土薄板温度应力的影响

混凝土薄板在遭受寒潮作用时会因为结构温度变化不均匀而产生较大的温度应力,甚至出现温度裂缝,从而影响结构的安全,这种现象在早龄期的混凝土薄板结构上尤为明显。文章以早龄期现浇楼盖为例,在考虑龄期对混凝土弹性模量及强度的影响的基础上,利用ANSYS有限元软件对不同尺寸的现浇楼盖分别在不同龄期遭遇寒潮突袭时的温度应力情况进行了数值模拟,得出了相应的结论,并给出了降低寒潮突袭影响的建议。     

高性能混凝土早龄期力学性能试验研究

高性能混凝土是混凝土技术的重要发展方向和趋势之一,但在一定程度上存在早龄期开裂严重的问题,限制了其应用和推广。通过进行C60高性能混凝土早龄期力学性能试验研究,测试与早期变形裂缝相关的参数包括立方体和圆柱体抗压强度、小梁弯曲拉伸强度、圆柱体受压静弹性模量、以及干燥收缩随龄期的发展变化。试验结果将为高性能混凝土结构早龄期抗裂分析和裂缝控制提供依据和参考。     

锈裂混凝土裂缝开展的模拟试验研究

对锈蚀开裂的混凝土构件进行受损程度的评估时，裂缝宽度往往是重要指标之一。为使对锈蚀构件的评估定量化，获得混凝土保护层裂缝宽度和钢筋锈蚀程度的关系便成为首要的问题，用膨胀螺栓对混凝土试件的预留孔持续施加径向位移（变形），以此模拟钢筋锈蚀产物的膨胀，对94个混凝土试件进行了扩孔试验，直到试件出现裂缝并且裂缝继续扩展，这被称为机械扩孔法。试验过程中，用游标卡尺测定径向膨胀，以及用专用裂缝宽度笔测得相应的裂缝宽度。对试验数据进行分析和曲线拟合，得到包括混凝土抗拉强度、保护层厚度、钢筋直径等影响因素的裂缝扩展模型，结果与文献观测值基本吻合。     

基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18     

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。     

余震作用下早龄期钢筋混凝土握裹力试验

汶川灾后重建过程中余震不断,新浇筑的混凝土结构受余震作用后钢筋产生甩动、构件出现微裂缝等现象,这些现象是否会影响钢筋与混凝土间的握裹力,是重建项目所面临的问题之一.对早龄期钢筋混凝土试件施以不同峰值加速度的振动力后即时进行拉拔试验,分析不同振动力对不同龄期的混凝土钢筋握裹力的影响.结果表明:早龄期混凝土在12h(初凝至...     

二维钢筋混凝土氯离子作用锈胀开裂数值模拟方法

在环境氯离子作用下混凝土构件因钢筋锈胀产生开裂,导致结构耐久性退化。为模拟并研究这一过程,基于经典Fick定律建立了考虑温湿度、水灰比、氯离子浓度等的多因素氯离子扩散数值模拟方法。针对混凝土锈胀开裂,提出了基于二维格构式模型的钢筋混凝土锈胀开裂模拟方法,并建立了自由网格模型与格构式模型之间的钢筋表面锈胀节点力转换方法。基于上述方法针对某钢筋混凝土自然锈蚀试验进行数值模拟,与试验结果对比并验证本方法的可行性。最后,基于提出的方法研究钢筋位置、混凝土保护层厚度、钢筋直径对钢筋锈蚀及混凝土保护层锈胀裂缝宽度的影响。研究结果表明;角区钢筋锈蚀均大于边区钢筋;混凝土保护层厚度越大,钢筋锈蚀增长越缓慢;混凝土保护层裂缝宽度随钢筋直径增大而增加。     

混凝土局压构件数值模拟中裂缝传递系数合理取值的研究

裂缝传递系数是影响开裂钢筋混凝土构件数值模拟结果的关键因素.关于该系数的取值,无论是大型通用有限元软件还是专家学者给出的建议或经验值,均为一个范围取值,而没有针对不同的构件类型、受力特点给出明确的取值.以混凝土局压试件试验数据为依据,依托ANSYS数值模拟结果,经校核、验证,给出了在ANSYS数值模拟混凝土局压问题时,...     

预应力混凝土构件冻融环境下疲劳数值模拟

基于冻融与疲劳耦合作用下混凝土弹性模量衰减模型、冻融损伤的混凝土疲劳本构模型以及钢筋的疲劳本构方程,通过ANSYS综合各模型的材料参数,模拟预应力混凝土受弯构件在冻融与疲劳交替作用下的疲劳性能,并与试验结果进行对比.结果表明:数值模拟的预应力混凝土构件弯曲挠度和上边缘的应变与试验结果吻合较好,所得结果可为实际工程中冻融环境下预应力混凝土疲劳性能的数值模拟提供有效方法.     

水工混凝土结构水力劈裂研究综述

高混凝土坝等水工混凝土结构常年在高水压、高应力条件下运行,易发生水力劈裂破坏,而水工混凝土结构水力劈裂形成和破坏机理复杂。阐述了混凝土损伤断裂模型、裂缝扩展准则的理论研究现状,评述了水力劈裂试验和数值模拟研究进展。指出了当前水力劈裂研究中存在的两个主要难点:数值模型如何考虑缝内水流与结构变形的耦合效应;裂缝扩展准则如何兼顾到渗流作用下微裂缝发生引起的损伤起裂和宏观裂缝扩展引起的断裂失稳判定的问题。最后,提出了高水压作用下的水工混凝土结构水力劈裂有待继续深入研究的工作。     

观音岩水电站混凝土梁三点弯曲试验的数值模拟

以观音岩水电站现场切割的坝体混凝土梁为物理模型,利用真实破坏过程分析软件RFPA3D对该混凝土梁进行三点弯试验的数值模拟,观察并分析混凝土裂缝的起裂、扩展直至试件宏观破坏的整个过程,将数值模拟得到的混凝土梁不同开裂过程对应的声发射、抗弯强度以及断裂破坏模式与现场物理试验结果对比分析,发现混凝土梁的三点弯曲数值试验得到的破坏特征与现场试验结果基本吻合。研究结果表明该数值模型的实用性,为进一步研究观音岩水电站坝体裂缝形成机理和揭示坝体裂纹扩展规律奠定基础。     

基于材料劣化的既有混凝土构件数值建模方法研究

基于ABAQUS,以多龄期混凝土构件为研究对象,在数值建模方面,采用三维实体线性减缩单元C3D8R和两结点三维单元T3D2模拟混凝土材料、内嵌钢筋的力学行为,将指数衰减摩擦模型用于锈蚀钢筋与混凝土间接触问题上,并将Hsich-Ting-Chen四参数强度准则作为混凝土材料的破坏准则;在材料性能退化方面,基于修正斜压场理论,以锈蚀箍筋、纵筋、受压区锈胀开裂混凝土及核心区约束混凝土为对象,综合各既有材料退化模型,预测了材料退化后的力学性能,得到了开裂混凝土、锈蚀钢筋、混凝土及其之间黏结滑移的本构模型。进而,采用多龄期混凝土构件抗震性能试验研究结果,对提出的基于ABAQUS软件平台的锈蚀混凝土构件数值建模理论进行了可靠性验证,结果表明:所建立的数值建模理论可以有效地模拟锈蚀混凝土构件的抗震性能退化规律,为既有混凝土结构的数值建模理论提供了一种有效的研究方法。     

基于弥散式裂缝模型的水力压裂研究

针对水力压裂数值模拟中传统分离式裂缝模型计算量大、需要预置裂缝及扩展路径等缺点,提出采用弥散式裂缝模型模拟水力压裂过程的解决办法,并根据流–固耦合理论,导出基于弥散裂缝的应力–渗流耦合方程,从而为实现在大尺度储层中模拟裂隙网络的演化提供参考。对混凝土试样进行水力压裂试验研究和基于弥散裂缝的数值分析,由2种方法得到的起裂值基本一致;试验和数值分析中,裂缝扩展主要受地应力影响,其方向垂直于水平最小地应力方向,最后在试件内形成主裂缝并贯穿整个试件。