大体积混凝土结构温度应力有限元分析

论文摘要

随着基础建设的迅速发展,混凝土结构应用越来越多,混凝土在现代工程建设中已经占据了非常重要的地位,不论什么样的工程,大都是采用钢筋混凝土结构,因为这种建筑材料比起以往所用的砖石木结构价廉物美,施工方便,承载力大,可装饰强的特点,渐渐受到人们的欢迎。在我国不论是工业建筑还是民用建筑,钢筋混凝土的应用面可以说是无处不在。目前,对大体积混凝土的温度裂缝进行控制,主要是从尽量减少水泥用量这一点来考虑,但减少水泥用量也会使混凝土的抗拉性能降低。所以说这种方法对混凝土的温度裂缝控制不是太好。我们换一个角度,可以在其中加入一些粉煤灰,这样还可以保证混凝土中水泥的用量,然后再加入一些改性材料使拌好的混凝土具有一定的韧性,形成高性能混凝土,这样就可以解决大体积混凝土的温度裂缝问题。本文以实验为基础,对掺加粉煤灰、聚丙烯纤维和乳化沥青等改性材料混凝土的力学性能进行了分析研究,建立了大体积混凝土板的有限元分析模型,对试验结果与理论分析的结果进行了比较,验证了掺加改性材料混凝土自身抵抗温度应力的能力。主要进行了以下工作：①在已有的研究成果的基础上,根据热传导基本原理及有限元方法,介绍了裂缝的成因和开裂机理,与此同时还考虑了徐变、干缩等一系列因素对大体积混凝土裂缝造成的影响。②通过在混凝土里掺加不同成分和数量的改性材料,对这样拌合好的混凝土的力学性能进行了试验,得出了主要规律：掺加适量的粉煤灰和硅粉,可以降低水化热,提高强度和密度；加入聚丙烯纤维,可以有效的提高混凝土材料的极限拉伸变形和抗裂性能；加入适量的乳化沥青,可以改善和易性,还能起到减水作用。③运用有限元分析软件MIDAS/gen,建立了某工程实例温度应力模型,研究了大体积混凝土温度及温度应力的分布规律,并与掺加改性材料的混凝土进行了对比,验证了新型多掺高性能混凝土在实际工程应用中的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 提出问题
• 1.2 研究内容和方案
• 1.3 国内外研究现状和发展趋势
• 2 大体积混凝土裂缝产生的机理及危害
• 2.1 混凝土裂缝的基本概念
• 2.2 混凝土裂缝的基本形式
• 2.3 混凝土裂缝产生的原因和特点
• 2.4 大体积混凝土温度裂缝的危害
• 2.5 本章小结
• 3 大体积混凝土温度应力场分析
• 3.1 结构的温度场理论
• 3.1.1 温度场的基本方程
• 3.1.2 热传导理论
• 3.1.3 初始条件和边界条件
• 3.2 混凝土的温度应力
• 3.2.1 混凝土温度应力的特点
• 3.2.2 温度应力的类型
• 3.2.3 温度应力的影响因素
• 3.3 不稳定温度应力场的有限单元法
• 3.3.1 变分原理
• 3.3.2 不稳定温度场的有限单元显式解法
• 3.4 本章小结
• 4 大体积混凝土温度应力有限元分析
• 4.1 凝土徐变变形
• 4.2 混凝土弹性温度应力的有限元计算
• 4.3 混凝土弹性徐变温度应力的有限元计算
• 5 多掺改性混凝土试验力学研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验材料及内容
• 5.2.1 试验所用原材料
• 5.2.2 混凝土试验所用各种材料掺量及配合比
• 5.3 试验方案
• 5.3.1 混凝土的抗压强度
• 5.3.2 混凝土弹性模量试验
• 5.3.3 混凝土轴心抗拉强度
• 5.4 试验结果
• 5.4.1 掺加乳化沥青对混凝土力学性能的影响
• 5.4.2 同时掺加乳化沥青和聚丙烯纤维对混凝土力学性能的影响
• 5.4.3 掺加硅粉对混凝土力学性能的影响
• 5.5 本章小结
• 6 大体积混凝土温度应力有限元数值模拟分析
• 6.1 概述
• 6.2 混凝土浇筑与养护
• 6.3 大体积混凝土温度应力计算机模拟分析
• 6.3.1 主要温度特征参数
• 6.3.2 大体积混凝土施工阶段的建模和分析过程
• 6.4 MIDAS/gen模拟分析
• 6.4.1 工程对象介绍
• 6.4.2 模拟分析计算材料热特性值
• 6.4.3 大体积混凝土模拟分析计算结果
• 6.4.4 模拟计算结果总结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 在读期间发表的论文