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掺MgO微膨胀混凝土结构的温度应力及其有效应力法研究

梅明荣  
【摘要】:本文综述了大体积混凝土MgO筑坝技术发展现状,在深入研究MgO膨胀机理的基础上,对现有计算方法进行了探讨,利用细观力学的随机颗粒模型方法和基于Biot有效应力的多场耦合/半耦合理论对掺MgO微膨胀混凝土结构温度应力问题进行了系统的研究。全文的重点在理论、方法以及在工程中的运用。论文的主要研究内容如下: 论文首先介绍了常规掺MgO混凝土温度应力分析的基本理论和计算方法,展示了常规掺MgO混凝土温度应力分析的有限元方法——初应变法,编写了相应的计算程序,据此对龙滩碾压混凝土重力坝掺MgO的温度应力进行了仿真计算.对MgO混凝土的自生体积变形曲线的数学表达式进行了深入的讨论,建议用表格插值法直接得到MgO随时间、温度变化的膨胀量。并对现有常规计算方法存在的几个重要问题提出了自己的看法。 对影响混凝土温度应力的主要因素——混凝土绝热温升进行了试验研究。采用先进的仪器设备测定混凝土的水化热绝热温升,设计出合理的实验装置来测量混凝土绝热温升。研究绝热温升随水泥用量、配合比、添加剂等因素变化的规律。采用实验与数值计算相结合的方法,提出了温度补偿修正因子,使得所的结果更符合实际。 不同区域MgO的膨胀量对结构整体的影响和对延迟膨胀的时间加以控制是外掺MgO微膨胀混凝土技术的两个关键问题。本文深入研究外掺MgO混凝土浇筑块温度应力的时空效应,比较不同部位、不同浇筑层MgO掺率对温度应力的影响。根据研究结果,提出了掺MgO混凝土结构设计的“要掺一齐掺,而且掺量应接近”的原则。 采用细观力学中相关模型的思想,对掺MgO混凝土的膨胀作用进行了细观分析,提出了掺MgO砂浆膨胀法,即在细观层次上,区分砂浆与骨料膨胀的差别,计算掺MgO微膨胀混凝土的温度应力。指出基于整体开裂概率指标,MgO砂浆膨胀法可作为判断掺MgO混凝土结构的实际工作状态的有效方法之一。 首次提出了基于Biot理论的掺MgO微膨胀混凝土温度有效应力解法,建立了相应的支配方程及其边界条件,详细推导了相应的有限元计算公式。用类比的方法确定“膨胀扩散流”方程的边界条件。编制了相应的有限元程序,在此基础上进行了相关算例的分析计算,表明该方法是可行的。


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