早龄期混凝土温度场分布的细观数值仿真分析

在细观层次上,将混凝土看作由粗骨料、砂浆及二者界面过渡区组成的三相复合材料,提出了适用于热量传输分析的细观格构网络模型。假定仅有砂浆相在水化过程中释放热量,根据伽略金加权余数法和有限差分法,建立了混凝土各相组分的热传导控制方程及其离散形式。基于所建立的细观格构网络模型,并考虑混凝土在早龄期的"热-化学"耦合作用,开展了混凝土温度场分布的时变数值仿真研究,分析了骨料预冷和边界条件对早龄期混凝土内部温度场分布的影响。与已有试验结果对比表明,所建立的细观格构网络模型能够较准确地模拟混凝土绝热温升的变化规律。     

基于等效时间的早期混凝土温度裂缝分析

基于等效时间的混凝土绝热温升、热传导方程，考虑温度对早期混凝土水化热化学反应速率和徐变特性的影响，计算了大体积混凝土墙中心的温升。采用裂缝带模型计算温度裂缝，用半解析迭代法进行了混凝土墙的温度应力和开裂计算。     

多因素影响下混凝土绝热温升计算模型研究

混凝土绝热温升与混凝土的龄期、水胶比、粉煤灰掺量和温度等多种因素有关,目前缺乏综合考虑这些影响因素的混凝土绝热温升计算模型。通过对不同水胶比、粉煤灰掺量和入模温度条件下的混凝土开展绝热温升试验,分析了诸因素对混凝土绝热温升和温升速率的影响,提出了新的计算模型,并确定了特征参数及验证了模型的准确性。结果表明,新模型能采用统一的函数来描述不同配合比和温度历程下的混凝土绝热温升过程,且与混凝土绝热温升试验的实测数据吻合较好,可以较精确地预测混凝土结构温度变化,具有一定的实用价值。     

三峡大坝外部混凝土抗冻融久性试验研究

为保证三峡大坝外部混凝土具有优良的抗冻融耐久性，提出以快冻法为基础的抗冻标号。对三峡戒备外部混凝针要使用的骨料和引气剂进行优化组合，优选引气剂品种，获得了既能满足抗冻性要求又能满足施工工艺要求的外部混凝土配合比，提供了掺不同品种引气复合剂的天然骨料、人工骨料混凝土的强度、抗冻融和抗渗试验成果，从满足抗冻指标和降低绝热温升考虑，三峡大坝外部混凝土可掺适量优质粉煤灰。     

三峡大坝外部混凝土抗冻融耐久性试验研究

为保证三峡大坝外部混凝土具有优良的抗冻融耐久性，提出以快冻法为基础的抗冻标号。对三峡工程外部混凝土将要使用的骨料和引气剂进行优化组合，优选引气剂品种，获得了既能满足抗冻性要求又能满足施工工艺要求的外部混凝土配合比，提供了掺不同品种引气复合剂的天然骨料、人工骨料混凝土的强度、抗冻融和抗渗试验成果。从满足抗冻指标和降低绝热温升考虑，三峡大坝外部混凝土可掺适量（≤１５％）优质粉煤灰。     

基于多场耦合模型的堆石坝面板温度应力分析

针对传统绝热温升模型无法考虑温度对水化速率以及混凝土物理性能的影响,在对河南天池上水库混凝土面板堆石坝的研究中,分别利用传统绝热温升模型和考虑水化度的化学-热-力多场耦合模型,采用子模型法对堆石坝面板进行了三维有限元分析。结果与常规模型相比表明,耦合模型考虑了混凝土实时温度水平对水化进程的影响,能更好地反映混凝土温度应力与力学特性的发展情况,为面板堆石坝温控防裂分析提供了依据。     

混凝土湿度和干缩变形及应力特性的细观模型分析

基于扩散理论的混凝土非线性湿度理论和干缩应力的有限元数值计算方法，将混凝土视为砂浆和骨料所组成的多相复合材料，对比数值计算，探讨了各相材料湿度特性差异对混凝土细观和宏观湿度特性、干缩变形和干缩应力的影响，认为只有考虑了这种材料特性差异的细观模型和计算方法才能得到较符合真实情况的混凝土湿度、干缩和干缩应力的分布规律，有助于更好地理解和诊断混凝土早期和后期裂缝产生的机理、启裂点位置和防止方法。所采用的细观研究方法也适用于混凝土温度应力和自生体积变形致裂问题的研究。     

基于等效时间的非线性热传导方程及其工程应用

用化学反应速率描述浇筑温度对混凝土绝热温升的影响,研究混凝土连续墙模型在不同浇筑温度和不同边界(热交换边界和绝热边界)条件下中心点的温升过程.应用基于等效时间的非线性热传导方程,对龙滩碾压混凝土重力坝温度场进行仿真分析,并与传统理论计算结果比较.研究表明:(1)浇筑温度对混凝土最高温升和绝热温升过程有显著影响;(2)采用等效时间理论的温度计算结果比传统理论结果平均增加6.7%;(3)坝体浇筑时的外界气温影响坝体内部最高温度场,夏季浇筑混凝土须采取适当的温控措施.     

混凝土试件细观结构的数值模拟

本文将常用混凝土级配曲线与三维富勒级配曲线作了对比分析，从而为基于瓦拉文公式的随机骨料模型对试件内截面进行细观结构的数值模拟提供了依据。在此基础上，采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化，利用有限元方法进行了混凝土湿筛试件、全级配试件单轴受压和全级配混凝土三分点梁弯拉细观结构数值模拟。通过单轴受压数值试验讨论了同一级配不同骨料分布、有限元单元尺寸及试件尺寸对极限荷载计算结果的影响。结果显示：(1)同级配不同随机骨料分布的影响在试验结果统计范围之内；(2)为了充分反映混凝土细观特性的非均性，单元尺寸应小于最小骨料粒径的三分之一；(3)湿筛试件与全级配试件数值模拟结果验证了试件的尺寸效应。在全级配混凝土三分点梁弯拉试验的模拟计算中，讨论了界面单元、固化水泥砂浆基底强度及损伤参数对计算结果的影响。通过细观结构数值模拟，直观显示了混凝土试件单轴受压和三分点梁抗弯曲试验在不同加载阶段微裂缝产生、扩展直至失稳的过程，及其宏观应力-应变曲线的变化情况。基于有关文献资料给定的混凝土各相参数得到的数值模拟结果与试验统计结果相符。     

基于数值流形元法的混凝土力学特性数值试验

从混凝土细观结构出发,假定混凝土由砂浆、骨料界面组成的多相复合材料,以试验为基础赋予各相材料的参数模拟加载过程中从细观到宏观的力学响应。考虑各相组分的非均匀性,借助蒙特卡罗方法和Fuller级配公式,产生随机骨料模型。扩展后的二阶流形元法,可以模拟混凝土受力、变形和破坏的全过程,可以追踪多裂隙的扩展,裂缝闭合后的压剪。开裂面可利用应力结果自动搜索,而不必人为预设。利用改进的流形元进行混凝土力学特性数值试验的模拟研究,再现了混凝土单轴受压、受拉试验在不同加载阶段微裂缝产生、扩展直至破坏的过程,及其宏观应力-应变曲线的变化情况。数值模拟结果与试验统计结果相符。     

混凝土绝热温升新理论及在龙滩工程中的应用

对不同养护温度条件下的混凝土绝热温升进行了研究,采用化学反应速率描述温度对混凝土绝热温升的影响,探讨了化学反应速率与养护温度之间的关系。根据混凝土不同养护温度(4．4℃、23．3℃和40．0℃)时绝热温升试验结果的分析,得出如下结论：①混凝土绝热温升可以用三参数双曲线函数描述;②化学反应速率是混凝土养护温度的非线性函数;③只有对混凝土样本化学反应速率的进一步研究,才能正确地计算混凝土结构的温度场和应力场。文章还提出了考虑混凝土化学反应速率的非线性热传导方程及其求解方法一在实际时间域和等效时问域求解。并将该理论用于龙滩碾压混凝土坝的温度应力与温度控制研究。     

考虑材料层次尺寸效应影响的混凝土力学性能理论预测方法

大坝混凝土粗骨料粒径范围为5~150 mm,混凝土材料的宏观力学性能易随骨料级配等发生变化。本文从细观角度出发,提出了一种能够考虑材料层次尺寸效应影响的预测混凝土宏观力学性能的理论分析方法。结合混凝土材料内部细观结构形式,将其看作由粗骨料颗粒、砂浆基质以及界面过渡区组成的三相复合材料。假定骨料颗粒在混凝土受力过程中不发生破坏,采用双线性本构模型描述砂浆基质和界面过渡区的材料力学行为,基于断裂力学基本理论框架,推导得到了混凝土细观裂缝长度、宏观断裂能、单轴拉伸强度、特征长度以及脆性指数等力学参数的理论公式。基于本文提出的理论预测方法,分析了界面过渡区力学性能以及粗骨料级配、含量对混凝土宏观力学性能的影响。     

基于粘结裂缝模型的混凝土受拉性能数值模拟

为研究混凝土细观结构对于混凝土受拉性能的影响,采用自编程序建立骨料形状为圆形、椭圆形以及随机多边形三种混凝土细观模型。并批量插入粘结单元,形成粘结裂缝模型。与已有实验对比验证数值模型的准确性。在此基础上讨论了网格尺寸、骨料形状以及数值模型细观参数对于混凝土受拉性能的影响,结果表明:混凝土细观粘结裂缝模型可以很好的模拟混凝土宏观开裂,网格尺寸对于混凝土细观粘结裂缝模型的受拉性能、裂缝扩展形态影响很小,骨料随机分布以及骨料形状对于混凝土裂缝扩展形态影响很大,对于受拉性能影响很小。界面粘结单元的粘结强度和断裂能对混凝土的宏观受拉性能有较大的影响,研究混凝土的力学性能时应优先考虑界面的影响。     

混凝土绝热温升的数值模拟

通过修正硅酸盐水泥的水化动力学模型(Tomosawa模型,T模型),结合温度变化与水化热的关系,提出了混凝土绝热温升的增量公式,并应用该增量公式对3种不同初始温度下混凝土的绝热温升进行数值模拟。研究结果表明,混凝土的绝热温升呈现出早期温度迅速增大后期温度保持稳定的趋势,提高初始温度会缩短绝热温升达到稳定的时间,但不会影响绝热温升的总体变化趋势。增量公式的模拟计算结果与试验结果较为吻合,说明该增量公式能有效地模拟混凝土的绝热温升。     

一种混凝土随机凸多边形骨料模型生成方法

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响。适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。本文首先讨论了瓦拉文公式的推导过程，分析了骨料分布和形态的随机特性，按照骨料切面几何图形面积等效的原则，将瓦拉文公式推广应用于确定二维混凝土试件截面凸多边骨料分布。研究了点与多边形及多边形与多边形的贯穿和侵入的几何关系，编制了凸多边形生成程序和细观有限元剖分程序。全级配混凝土梁三分点加载弯曲数值试验显示了所编程序的正确性。     

基于细观结构性能和尺度的混凝土材料层次尺寸效应解析理论

本文以细观为基本研究尺度,认为混凝土材料层次尺寸效应主要根源于粗骨料、砂浆以及界面等细观结构性能和尺度的不确定性。首先,基于建立的能够考虑细观结构影响的混凝土I-型裂缝断裂破坏分析模型,采用理论解析法对不同级配混凝土宏观力学性能预测方法进行了修正;进而,提出了一套混凝土材料层次尺寸效应解析理论,并分析了混凝土宏观力学性能随细观结构性能和尺度的变化行为。分析结果表明:单轴拉伸加载条件下,强骨料夹杂混凝土中界面力学性能、骨料含量和最大骨料粒径均显著影响细观断裂裂缝中界面裂缝的占比,从而影响到混凝土宏观力学性能随细观结构性能和尺度的变化行为。     

龙滩碾压混凝土坝的温度应力仿真研究

用化学反应速率描述温度对混凝土绝热温升的影响,求解基于等效时间的非线性热传导方程,对龙滩水电站碾压混凝土坝的温度场和徐变应力场进行了仿真计算.研究表明,对于夏季和冬季浇筑的混凝土,采用基于等效时间的混凝土绝热温升理论和传统理论的计算结果有较大差异.     

洺河渡槽施工期温度应力仿真研究

用化学反应速率描述温度对混凝土绝热温升的影响,求解基于等效时间的非线性热传导方程,对南水北调工程 洺河渡槽施工期温度场和徐变应力场进行了仿真计算。研究表明,对于夏季和冬季浇筑的混凝土,采用基于等效时间的混凝土绝热温升理论和传统理论的计算结果有较大差异。     

椭圆形骨料混凝土弹性模量预测的格构模型

提出了椭圆形骨料混凝土弹性模量预测的格构模型。首先通过在正方形区域中模拟椭圆形骨料分布获得混凝土细观结构;再应用格构模型将混凝土连续体等效为离散体,把格构梁分为骨料、界面和水泥石基体3类单元,并根据三相组分的面积百分数对这3类单元的比例进行修正,较准确地描述了混凝土材料的非均匀性;最后用有限单元法获得混凝土弹性模量。通过与文献中的2组试验结果比较,验证了本文数值方法的有效性。     

混凝土温度特性参数的反演分析

对不同养护温度条件下的混凝土绝热温升进行了研究，用化学反应速率描述时间和温度对混凝土绝热温升的影响，用反演分析中的最小二乘法回归分析实验数据，探讨了化学反应速率与养护温度之间的关系及用等效时间表示的混凝土绝热温升公式。