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《清华大学》 2010年
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堆石混凝土中自密实混凝土充填性能的离散元模拟研究

黄绵松  
【摘要】:堆石混凝土(RFC)是一种新型大体积混凝土施工方法,其性能很大程度上受到浇筑过程中所使用的自密实混凝土(SCC)的流动性能和充填能力的影响。本论文的研究目是对堆石混凝土浇筑中自密实混凝土的流动过程进行数值模拟,进而分析自密实混凝土的流动状况,并对堆石混凝土的充填密实度进行预测。采用的数值方法为离散元方法,主要对接触检索算法和单元本构模型进行研究。 离散元计算中最耗时的部分是单元间的接触检索。提高接触检索算法计算效率是实现大规模离散元模拟的关键。本论文提出了一种基于空间网格划分的单元间接触区域搜索的快速接触检索算法HACell。通过对3D离散元颗粒系统的接触检索计算验证了HACell算法的计算复杂度仅为O ( N ),其计算耗时约为传统CGrid算法的30%左右,大大提高了计算效率,使其满足数值模拟的要求。 论文研究提出了自密实砂浆及自密实混凝土离散元模型本构关系。采用砂浆单元的流变系数对实际自密实砂浆的流动性和粘性进行模拟。自主开发了离散元计算软件,建立了基于自密实砂浆性能检测实验的计算参数确定方法。进行了不同尺寸的自密实砂浆模拟泵送后的自由流动实验,对可行性进行验证。模拟结果与实验结果相符,可以准确的模拟自密实砂浆的无约束自由流动过程。 自密实混凝土流经截面收缩处受到约束时流动过程复杂,流动性能主要受自密实砂浆抗剪摩擦性能的影响。论文对此时其中自密实砂浆的受力状态进行分析,并在此基础上通过实验手段进行自密实砂浆的摩擦性能的研究。通过进行砂颗粒间不同流动性能的自密实净浆剪切实验,提出了单元咬合修正系数fe对颗粒单元间的接触模型进行修改,模拟结果与实验结果吻合较好,模型可以准确模拟自密实砂浆的抗剪摩擦性能。 最后进行了堆石混凝土的模拟浇筑实验,通过对自密实混凝土的复杂流动状态的离散元模拟,验证了上述自密实混凝土的模型本构,得到了与实验结果相吻合的模拟结果。论文中提出的考虑单元咬合作用后的自密实混凝土单元的本构模型可以用来有效的模拟堆石混凝土浇筑中自密实混凝土的复杂流动过程。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TV431

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