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基于ANSYS的混凝土抗裂试验机理及改进研究

张寅  
【摘要】:大体积混凝土结构在工程建设中占据着重要的地位。伴随着大体积混凝土结构在现代工程中的发展,早期混凝土表面裂缝所引发的工程质量问题便成了工程界研究的热点。研究表明:干缩变形是导致混凝土早期开裂的主要因素。要解决混凝土的早期裂缝问题,必需首先明确混凝土早期干缩开裂的物理机理,并采用能反映混凝土真实工作条件的抗裂试验方法判断其抗裂性能。现在比较成熟的混凝土抗裂试验方法是圆环法,它可综合反映混凝土干缩、徐变、弹性模量等因素对试件开裂的影响。但是目前的圆环试验方法存在着测试时间长,敏感性差等缺点。因此,分析圆环抗裂试验中混凝土开裂的机理,研究各参数对开裂时间的影响规律,并在此基础上对试验试模进行改进,对优选混凝土原材料,减小混凝土开裂,提高混凝土结构耐久性十分必要。本文主要进行了以下工作: (1)为了研究混凝土试件早期收缩开裂性能,观察试件早期开裂时间,本文运用圆环约束试验装置,分别对相同水灰比下的混凝土及水泥砂浆试件进行了早期圆环抗裂试验。通过观测试件表面环向应变变化,以衡量混凝土及砂浆试件早期约束收缩性能。文中详细介绍了圆环抗裂试验的过程,并对试验结果进行了分析; (2)通过大量文献资料的阅读,掌握了混凝土收缩变形的基本理论,分析了影响混凝土早期收缩的因素;以扩散定律及质量守恒定律为基础,确定了混凝土内部湿度场计算的数学模型,并对模型中基本参数及初边值条件进行了讨论;最后对混凝土在约束条件下产生的收缩变形进行了分析; (3)论文对ANSYS有限元软件进行了简单的介绍,利用ANSYS软件对圆环抗裂试验模型进行了仿真计算,并对湿度场及应力场的计算结果进行了分析;为了验证ANSYS有限元软件进行仿真计算的可行性,通过试验结果对仿真计算结果进行了验证;最后,文中利用ANSYS软件计算了不同因素对圆环抗裂试验早期开裂的影响,并对计算结果进行了分析; (4)本文在已有计算结果的基础上,利用ANSYS软件对不同短长轴的椭圆环抗裂模型进行了仿真计算,应用概率分析模块对相应的椭圆环进行了可靠度分析,并针对椭圆环抗裂模型实验离散性增大问题提出了修正方法。


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