大体积混凝土温度场及温度应力的数值模拟

推导了数值模拟温度场计算理论、四种边界条件、生热率表达式以及温度应力的计算原理,利用ANSYS模拟了同种相变材料的不同配比下混凝土的温度场和应力场。结果表明,随着混凝土中相变材料掺量的增加,相变混凝土的温度变化幅度逐渐减小,这证明了相变材料抑制混凝土开裂的有效性,为大体积混凝土结构抗裂提供了一个新的优化方案。

基于保温隔热建筑墙体的相变混凝土热物理性能研究

以双层相变混凝土墙体为模型,通过测量比热容和导热系数以及升温曲线,研究相变混凝土墙体热物理性能,并结合COMSOL数值模拟的方法验证其节能潜力。结果表明,相变材料的掺入能降低混凝土的导热系数,并在相变温度区间大幅提高其比热容;高温火灾情况下,相变混凝土墙体升温速率远低于普通墙体;其对室内温度的自主调节能力也有大幅提升,在夏季可使室内最高温度降低2.7℃,日均节能率23.6%;冬季可使室内最低温度升高2.6℃,日均节能率36.6%;并推迟最高或最低温度的到来时间。

铜矿渣用于地铁防水的研究进展

通过总结国内外有关铜渣、铜渣混凝土的资料,并对其进行综述,思考如何充分利用铜渣混凝土的力学性能和耐久性,如在掺入铜矿渣会降低混凝土的早期强度时,提出改变水灰比、降低掺量等方法来缓解不良影响。

混凝土中钢筋锈蚀研究概述

钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀或腐蚀是导致结构耐久性退化的主要因素之一。综合现有的研究可知,碳化使混凝土中性化,而氯离子起催化剂的作用,两者均能破坏钢筋表面的水化氧化膜。氯离子穿透保护层混凝土到达钢筋表面,钢筋锈蚀开始。钢筋锈蚀物体积膨胀,在混凝土内部堆积和扩散能减缓锈蚀速率,但钢筋的锈蚀速率主要由保护层质量和环境条件决定。现有的钢筋锈蚀模型多是经验公式,而钢筋的预测模型对于研究混凝土结构耐久性问题十分重要,故仍有必要进一步研究。结合国内外大量的研究,对混凝土结构中的钢筋锈蚀问题进行了系统的分析,对于有效解决钢筋锈蚀问题以及提高混凝土结构耐久性具有重要意义。

混凝土防水添加剂性能研究

水和其他液体在混凝土中的渗透会导致混凝土性能退化,从而缩短混凝土结构的寿命。目前已有不同类型的防水添加剂被研制出并被使用,可以避免大量的维修和保养费用。文章回顾了不同的防水试剂,而大多数研究人员采用的技术是使用表面涂层,吸水率则是该研究领域最常见的测试方法。研究表明,大多数研究人员将重点放在聚合物基材料、含硅酸盐化合物、硅烷、硅氧烷、胶结材料和一些纳米材料的使用上。最后,文章根据添加剂的材料结构、使用方法和添加剂功能,建立了添加剂的三种分类。

地铁车站混凝土裂缝成因及控制措施

文章对地铁车站混凝土裂缝成因以及裂缝开裂的控制措施进行了研究。针对上海等软土地质城市,从水文地质和工程地质、混凝土密实度和配合比的控制、大体积混凝土温度裂缝的产生机理、现有混凝土开裂的控制措施等方面进行调查与研究。结果表明:混凝土水化热造成的混凝土内外温差是造成地铁车站等大体积混凝土产生温度裂缝进而出现渗漏水问题的主要原因之一。大体积混凝土在凝固过程中弹性模量会逐渐增加,混凝土内部温度先上升后下降。在大体积混凝土中掺相变材料可通过降低混凝土水化热从而抑制混凝土裂缝产生。

地铁车站底板早龄期耦合约束应力分析

为了探讨地铁车站底板早龄期应力发展规律,基于温、湿度耦合作用,考虑约束和松弛因素,建立了早龄期耦合约束应力计算方法,利用COMSOL有限元分析软件,对不同温度和不同尺寸下的地铁车站底板应力进行了计算分析,为实际工程施工和抗裂性研究提供了理论参考.结果表明:当养护温度小于20℃时,最佳入模温度宜等于养护温度;当养护温度大于等于20℃时,最佳入模温度宜为20℃;板长对应力影响较小,且平面方向应力分布较为均匀;板厚对应力影响较大,两者呈反比关系;底板一次性浇筑厚度不宜大于1.15m.

顶管施工中的地面沉降及其估算

分析了软土地层中顶管开挖引起的地面沉降及沉降槽形状预测方法．对沉降曲线的推导和分析显示，沉降曲线取决于顶管隧道轴线处上部的地面沉降和曲线的拐点到顶管轴线的水平距离．所推导的理论得到顶管工程实例的验证．

混凝土中钢筋的电解液加速腐蚀方法

电解液腐蚀方法常用于诱导混凝土中钢筋的腐蚀以便加快腐蚀速度。为评价电解液腐蚀方法应用于混凝土中钢筋加速腐蚀的有效性和误差范围。在不同厚度混凝土中的光面钢筋的试验结果显示,实测腐蚀率与基于法拉第定律所计算的理论腐蚀率相符合。腐蚀过程中测量了电阻。结果显示实测电阻随累积腐蚀率变化。腐蚀初期电阻快速增大至其最大值,但随之又快速下降,再缓慢降低,直至在其最小值附近变化趋于停止。与前期研究结果的比较显示,光面钢筋与变形钢筋表现出相似的电阻-腐蚀率关系。

软土地层中隧道开挖引起的地面沉降

分析了隧道开挖引起的地面沉降利用半解析元法在轴向离散而在环向和径向建立位移函数。

素混凝土抗冻性能试验研究

为了进一步研究约束混凝土和无约束混凝土的抗冻性能差异，以约束混凝土模型为参照，制作相同配合比的素混凝土立方体块并在相同条件下进行0、20、40、60、100、120次的冻融腐蚀试验。主要分析冻融腐蚀下素混凝土试块抗压强度，质量损失以及吸水率等性能随冻融次数的变化规律，并建立素混凝土抗压强度和质量损失冻融损伤预测模型。试验结果表明：随冻融循环次数增加，素混凝土的抗压强度呈抛物线下降，干燥质量和饱水质量呈线性下降，而吸水率则呈双折线下降。从材料层次方面，粉煤灰对混凝土抗压强度损失，质量损失率和吸水率影响较大，而水灰比对以上指标影响较小。掺15%粉煤灰的抗压强度损失比不掺粉煤灰的混凝土大约20%~30%；质量损失率比不掺粉煤灰的大5%~6%，粉煤灰不利于抗冻性能。相同粉煤灰含量，低水灰比抗压强度损失，质量损失率和吸水率变化比高水灰比小，使用粉煤灰混凝土时易降低水灰比。

浅层顶管施工引起的土体移动

顶管施工引起包括地面沉降和土的轴向移动在内的土的运动。土的这些运动可能导致邻近构筑物和管线的损坏。理论分析和现场实测都显示 ,在类似于上海等地的软土地层中顶管施工 ,顶管周围土的运动问题是三维的。基于半解析数值方法的基本原理 ,将轴向离散而在径向和环向选取位移函数 ,构造了解析解函数。给出了包括位移函数、刚度矩阵和荷载矩阵在内的理论分析过程 ,从而建立了半解析单元法。利用半解析单元法将顶管施工中三维土运动问题转化成一维数值计算。利用所建立的半解析单元法 ,就软土地层中顶管工程实例计算了施工所引起的土体位移。结果表明 ,半解析元法用于计算顶管施工中顶管周围土的移动 ,可以得到较为满意的结果。由于计算所需要的单元数减少 ,处理该问题所需要的时间也明显减少。

冻融环境含水率对墩柱混凝土劣化的影响研究

基于ABAQUS有限元分析软件,利用python语言二次开发出混凝土内部含水率设定脚本,对钢筋混凝土墩柱进行有限元模拟。在钢筋混凝土墩柱内部水的质量分数分别为0%,1%,2%,3%,4%,5%的情况下对模型进行冻融模拟,利用关键词“CONCRETE FAILURE”设定混凝土失效拉伸应变,对拉伸应变达到失效拉伸应变的混凝土网格进行单元删除。以此研究探讨不同含水率对钢筋混凝土墩柱保护层的表观损伤、体积损失率与轴心荷载-位移变化规律等,建立钢筋混凝土墩柱在不同含水率下的冻融损伤预测模型。

约束混凝土抗冻性能试验研究

为了研究受冻融腐蚀的混凝土抗冻性能，分别制作了素混凝土块和约束钢筋混凝土柱两批不同试件，两批试件根据水灰比高低和粉煤灰的掺量不同设计为四种不同材料配合比。对上述试件进行0、20、40、60、100、120次的冻融循环试验，分别从冻融循环后约束混凝土抗冻性能、素混凝土的抗冻性能以及两者抗冻性能差异三方面进行研究。本研究作为第一部分，主要研究内容为约束混凝土的抗冻性能，主要分析约束混凝土强度和刚度随冻融循环次数退化规律和不同材料配合比对试件抗冻性能影响。研究结果表明：在O一一120次的冻融循环过程中，随着冻融循环次数增加，约束混凝土极限强度经历冻融初期陡降，冻融中期平缓，冻融后期再次陡降三个阶段，曲线呈现平台效应，冻融循环120次时，极限承载力降低约50％，但延性相对提高2～3倍。水灰比相同，掺15％粉煤灰约束混凝土柱的极限承载力比不掺粉煤灰混凝土柱降低约30％~40％，掺15％粉煤灰并不能提高抗冻性能；粉煤灰掺量相同时，水灰比越高，极限承载力越大；不掺粉煤灰时宜采用低水灰比。本研究对寒冷地区受冻融作用的钢筋混凝土结构的承载力评估和设计具有重要的指导意义。

石蜡相变混凝土的制备及热工性能研究

为了研究添加石蜡相变微胶囊对混凝土热工性能的影响,在混凝土中采用相变温度为28℃的石蜡相变微胶囊等体积替换砂,制备石蜡相变混凝土,并对其进行导热系数、比热容性能试验.试验结果表明:掺有石蜡相变微胶囊的混凝土导热系数低于普通硅酸盐混凝土.当石蜡相变微胶囊掺量(体积分数)为10%时,导热系数为6.11 kJ·m^(-1)·h^(-1)·℃^(-1),是普通混凝土导热系数的89.1%.当石蜡相变微胶囊相变材料温度为14℃(低于相变温度)时,其加入对混凝土比热容影响不大;当石蜡相变微胶囊相变材料温度为32℃(高于相变温度),且其掺量(体积分数)为10%时,石蜡相变混凝土比热容为1.42 kJ·kg^(-1)·℃^(-1),比普通混凝土的提高了18.3%.

混凝土结构设计的拉-压杆模型方法——Ⅰ:模型建立

对拉-压杆模型方法进行了理论分析和试验验证。作为定义,拉-压杆模型将构件分为D区和B区。D区是构件中与力或间断处的距离等于构件高度所划定的区域。B区是构件中D区之外的其他区域。传统的混凝土结构设计是建立在平截面假定的理论基础之上,并依据圣维南原理对结构受力进行简化,而拉-压杆模型方法中,由于其应力分布复杂D区是不符合平截面假定的,因此不能按照传统的设计方法进行配筋。通过对结构的应力描述分析了拉-压杆模型的建立机制,并结合试验验证了拉-压杆模型方法。结果显示,拉-压杆模型方法用于混凝土构件D区的设计是合理和有效的。

干湿循环腐蚀环境下混凝土墩柱的抗侧向冲击性能

为了研究受损混凝土墩柱在冲击作用下的动力响应及破坏形式,基于受损墩柱抗侧向冲击破坏试验进行了其抗冲击性能的数值模拟分析。通过修改关键字文件(.key文件)继承上一次冲击的损伤,实现对受腐蚀钢筋混凝土墩柱的连续多次冲击的模拟。分析表明:在几何模型上预设了顺筋初始锈胀裂纹,该几何模型能够较好反映混凝土墩柱由于氯离子腐蚀和干湿循环腐蚀造成的初始环境损伤;HJC本构模型、脆性损伤本构模型、盖帽本构模型和混凝土损伤本构模型等4种常用混凝土动态本构模型的数值模拟结果与试验结果基本吻合。

氯盐腐蚀混凝土桥墩抗侧向冲击性能研究

以船舶撞击桥墩的工程事故为背景,在腐蚀的钢筋混凝土墩柱受落锤式冲击试验的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟。通过钢筋力学性能的退化模拟钢筋腐蚀作用,以此研究受腐蚀的钢筋混凝土墩柱抗侧向冲击性能。研究结果表明:由冲击主拉应力的分布得到试件在冲击部位两侧各1/3处为试件冲击剪切破坏的薄弱部位;由冲击主压应力的分布得到试件的跨中冲击部位和两端墩帽的内侧角部位置为试件受压破坏薄弱部位;通过改变混凝土的强度,选取Holqmuist的混凝土模型参数进行对比分析,当冲击工况由GK1~GK5,在相同腐蚀率的条件下,高强度混凝土比低强度混凝土的峰值冲击力增长了49.03%,涨幅增加了1.746倍。

反复荷载下腐蚀钢筋与混凝土的粘结特性

试验研究了混凝土中腐蚀钢筋在反复荷载作用下的粘结-滑移特性。研究的参数包括:钢筋腐蚀率和钢筋的侧向约束。试验结果表明,钢筋腐蚀率较低时,腐蚀减弱了加载过程中的粘结强度损失。而腐蚀率较高时,腐蚀则显著增大了粘结强度损失,卸载时的粘结应力水平仅为加载时的3/4。无约束试件在达到最大粘结应力之后劈裂破坏,此时的滑移很小。与此形成对比,受约束试件最终表现为拔出破坏,此时的相对滑移较大但裂缝宽度较小,约为0.2mm。较之于有约束试件,无约束试件的粘结强度随腐蚀率变化的趋势更为显著。较高腐蚀率时,前5个加载循环会引起较大的粘结损失。

腐蚀对反复荷载下钢筋与混凝土粘结性能的影响

反复荷载可导致钢筋与混凝土之间粘结的严重退化,尤其在混凝土中的钢筋受到腐蚀后。试验研究了不同腐蚀率的钢筋腐蚀对反复荷载作用下的粘结-滑移特性的影响。研究参数包括钢筋腐蚀率和侧向约束。先用加速腐蚀方法将埋置于混凝土中受侧向约束和无侧向约束的钢筋腐蚀至不同的腐蚀程度,再测定其在反复荷载作用下的粘结应力-滑移特性。试验结果显示,较低的钢筋腐蚀有助于减小反复荷载作用下粘结损失的幅度,但这种影响随着腐蚀率增大而减弱。卸载阶段的粘结应力水平仅为加载阶段的3/4。较之于受约束试件,无约束试件的粘结强度随腐蚀率减小更为显著。建立了粘结退化率来表示荷载作用下的粘结损失。较高腐蚀率主要在前5个加载循环引起较大的粘结退化,腐蚀的影响随荷载作用而减弱,同时,反复荷载作用下的粘结应力-滑移曲线与加载历史有关。