基于配比优化策略的混凝土工程温控防裂研究

水泥的水化放热和混凝土的自缩、干缩,是导致混凝土结构施工期产生裂缝、裂纹、裂隙等初始缺陷的主要原因之一．本文提出首先通过结构温度场的分析计算,获取其随龄期变化的最大温差,作为变形控制的依据．然后综合热学、力学特性的预测模型,将之转换为单位方量混凝土中的水泥、水、粉煤灰等原材料的限制用量,采用非线性算法进行配合比的优化设计,为混凝土结构的温控、防裂提供依据,并节约施工成本．     

基于无单元伽辽金法的水工结构温度应力及温度裂纹扩展计算

水工混凝土结构的温度应力及裂纹扩展计算是一大难点。用节点来离散域的无单元伽辽金法由于不需要网格,特别适合模拟裂纹扩展问题。本文主要研究应用无单元法来计算温度应力以及温度裂纹扩展,提出了基于衍射法的折线不连续面模拟方法,并介绍了计算裂纹应力强度因子的围线积分法等,编制了温度裂纹及其扩展计算的VC++程序。通过典型气温骤降温度应力、单边直裂纹和斜裂纹实例对程序进行了验证,算例结果表明其具有较好的精度和可靠性。然后以底部约束混凝土块为例介绍了裂纹扩展的模拟过程及结果。最后对无单元法计算裂纹扩展的一些问题和难题进行了总结。     

GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算方法

为研究GFRP筋活性粉末混凝土梁抗裂性能,进行8根GFRP筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,获得这类梁的开裂荷载试验值.参照普通钢筋混凝土梁正截面抗裂度计算方法,结合活性粉末混凝土受拉应力-应变关系,建立GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算模型,得到与配筋率成线性关系的截面抵抗矩塑性影响系数的计算公式.将按此公式计算得到的开裂荷载计算值与试验值进行对比,结果表明两者吻合良好.由此得到GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面抗裂度计算方法.     

大体积混凝土施工温度控制计算

大体积混凝土常因施工、养护等不当原因,由水泥水化热引起温度应力而导致裂缝,影响结构、安全和正常使用。通过现场施工经验及查阅有关技术规范、专著等,针对大体积混凝土施工温度裂缝预控进行计算。     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。     

大体积承台混凝土早期表面开裂控制措施

针对大体积混凝土浇筑时因水化热作用引起的早期表面开裂问题,对比分析浇筑温度、环境温度、保温材料以及位移约束条件4种因素对混凝土表面应力的影响程度.以宁波象山港公路大桥承台为实例建立有限元模型,选取6个开裂关键部位的节点,分析这些节点的应力数值在28d龄期内随4种影响因素变化的规律.模拟分析分层浇筑和水管冷却2种降温措施对于减小混凝土表面拉应力的作用.结果表明,混凝土表面拉应力与浇筑温度呈正比,与环境温度呈反比;保温层对承台表面中心部位拉应力的影响大于边缘部位;提高模板的刚度对抗裂有利;分层浇筑和水管冷却可以不同程度地改善表面开裂状况.     

预应力混凝土构件正截面疲劳抗裂分析

针对预应力混凝土构件的正截面疲劳开裂机理与静力开裂机理的差异.指出了影响疲劳开裂的两个主要参数,即预应力钢筋的有效预应力值与混凝土抗拉疲劳强度随着重复荷载次数增加而逐渐降低,且其降低的程度不可忽略.在混凝土轴心拉-拉与拉-压疲劳试验的基础上得到了疲劳强度折减系数的计算公式,并推导出考虑了疲劳荷载作用而产生的预应力损失增量的计算公式.指出对于大多数允许出现拉应力而不允许出现裂缝的预应力混凝土构件,混凝土的抗拉疲劳强度折减系数应采用由拉-压疲劳试验得出的结果,不可简单地套用规范取值.最后给出了正截面疲劳抗裂分析的实用验算方法,为预应力混凝土构件的疲劳抗裂设计提供了依据,并可为制订有关设计规范所参考.     

模拟准脆性材料热开裂的热力耦合格构离散单元法

针对准脆性材料的热传导与热开裂问题,基于格构离散单元法（LDEM）提出新的热力耦合数值模型. 通过格构离散体系与连续体传热过程的等效换算,结合格构单元的线膨胀公式,在LDEM中实现温度传导与裂纹扩展的数值模拟. 以平板的热传导与热弹性应力问题、由温度梯度与热失配引起的开裂问题为例,验证所提模型. 将所提模型应用于细观混凝土温度?应力试验的数值模拟中. 结果表明,LDEM热力耦合模型能够有效模拟准脆性材料的热传导过程、在温度影响下的裂纹萌生与扩展,是研究准脆性材料热开裂过程与机理的有力工具.     

强化有限元剪力连接件的拔出数值模拟

剪力连接件的拔出过程伴随着混凝土的拉裂与扩展,为了准确模拟拔出过程中的非连续变形及剪力连接件抗拔承载力,本文采用基于强化有限元的无厚度CZM单元,以粘聚区域模型描述剪力连接件拔出过程裂纹的开裂与扩展。然后建立了剪力连接件拔出数值分析模型,对拔出过程连续－非连续变形进行模拟,得到了拔出过程的荷载位移曲线,剪力连接件的抗拔承载力以及拔出过程裂纹扩展形态。本文方法可以实现拔出过程混凝土裂纹起裂扩展的非连续变形的数值模拟。     

混凝土材料早期性能监测方法比较研究(英文)

混凝土早期硬化阶段产生的不均匀收缩是导致混凝土结构后期裂缝的主要原因之一,因此,混凝土硬化养护期的收缩应变监测对改善养护过程,控制其结构内部应变分布,保证整个建筑物的质量及安全都是非常有益的.本文运用包括埋设型光栅布拉格光纤传感器,KM系列埋设型应变传感器,热电偶温度计等三种不同传感器交叉组合了三种不同的方法对混凝土试件硬化早期的水化温度、收缩应变进行了实时监测.结果表明三种不同方法都比较精确度监测到了混凝土硬化早期的温度和收缩应变.通过对三组监测结果的分析得出了三种监测方法的优缺点,本文的研究对于混凝土早期性能监测用传感器的选择有现实的指导意义.     

大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征计算

大型地下结构物的渗漏问题一直以来都较难解决,作为主要构件的混凝土底板其裂缝宽度和数量直接决定整个地下结构的渗漏严重程度,目前关于底板开裂后的裂缝分布特征研究还较少。作者以解析方法得出不断增大的温度及收缩效应下混凝土底板的裂缝出现位置、宽度及间距表达式,实现对裂缝分布特征的描述。假定滑脱钢筋表面受均匀摩擦力（为混凝土抗拉强度）,滑脱临界处混凝土为极限拉应变（约100×10^-6）的情况下,求解出钢筋拉力、滑脱长度、钢筋变形量等参数之间关系式。把滑脱钢筋作为边界条件,带入通解,计算第一条裂缝的宽度及新底板块体内位移和应力分布。在已发生裂缝位置和滑脱钢筋刚度恒定的情况下,从坐标原点和端部的块体向某裂缝处叠加计算,得出该处底板块体的新组合刚度和自由位移值,进而求解应力重分布后的裂缝宽度。持续增加温度与收缩应变,计算新裂缝出现后的底板块体组合刚度、最大拉应力值,存储已有裂缝位置和滑脱钢筋刚度,用于下步计算。循环计算过程,直至应变的上限值,得出整块底板的多条裂缝宽度和间距,建立大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征的计算方法。最后以尺寸80 m×20 m×0.4 m的混凝土底板为例,持续施加0～350×10^-6的温度或收缩应变,实现裂缝5次出现时分布特征的计算。     

Fracture characteristics and ductility of cracked concrete beam post-strengthened with CFRP Sheet

The present paper concerns the fracture characteristics and ductility of cracked concrete beam externally bonded with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheet as well as the integration behaviors between CFRP/concrete interfacial debonding and concrete cracking.Three-point bending tests were carried out on the CFRP-strengthened cracked concrete beams with varying specimen depth and initial crack length.A straingauge method was developed to monitor the crack initiation and propagation in concrete,and the CFRP/concrete interfacial bonding behaviors,respectively.Clip gauges were used to measure crack mouth opening displacement (CMOD) and the deflection at midspan.Experimental results revealed that CFRP-strengthened specimen shows a higher load capacity under the same deformation level and a better inelastic deformation capacity compared with the unstrengthened one.For there are two manifest peak values in the obtained load versus displacement curve,the ductility of CFRP-strengthened concrete beams were investigated using index expressed as area ratio on the load versus displacement curve.The calculated results indicated that the contribution from CFRP sheet to the ductility improvement of specimen is notable when the deflection at midspan exceeded 10.5 times the first-crack deflection.     

钢绞线锈蚀产物填充及裂缝宽度预测

针对钢绞线锈蚀导致混凝土开裂的现象,通过试验研究钢绞线锈蚀产物在裂缝中的填充及锈胀裂缝的开裂情况,分析箍筋对锈蚀产物填充及混凝土开裂的抑制作用.考虑锈蚀产物填充比例和钢绞线捻制形状等因素,建立锈胀裂缝宽度预测模型,基于试验结果对该模型进行验证.研究表明,锈胀裂缝开裂角的正切值随锈蚀率的增加而增大,箍筋能够有效限制裂缝扩展和铁锈填充.锈蚀产物的填充随裂缝宽度的增加而变化,裂缝宽度达到临界值前,铁锈填充深度随裂缝宽度的增长而增大;裂缝宽度超过临界值后,铁锈填充深度基本保持为常值.建立的模型能够有效地预测锈胀裂缝宽度,合理地考虑铁锈填充可以提高预测模型的精度.     

温度梯度作用下钢管混凝土拱桥拱脚混凝土裂缝控制研究

针对姚湾东南公路桥，采用HohaiRCFE-S程序建立拱脚局部模型，并分析拱脚在均匀升温、均匀降温及分别组合日照和气温骤降作用的4种工况下的应力状态，发现日照和气温骤降作用显著增大拱脚混凝土拉应力，提高开裂风险。为控制拱脚开裂，提出以裂缝宽度控制为目标的混凝土拉应力限制条件，对增厚外包混凝土厚度、增设剪力钉、设置拱肋弦杆支撑、拱脚混凝土顶面布置钢板和顶面附近施加预应力等5种控裂措施，分别建立有限元模型并进行应力对比和控裂效果分析。结果表明：均匀升温+日照和均匀降温+气温骤降工况下，仅增厚外包混凝土厚度或增设剪力钉不能满足拉应力控制要求；设置拱肋弦杆支撑或钢板控裂效果差；施加预应力可明显减小拱脚混凝土拉应力；施加预应力+增设剪力钉、施加预应力+外包混凝土厚度两种组合方案在4种工况下均表现出良好的控裂效果。     

现浇大体积混凝土的裂缝控制技术

高层建筑基础大体积混凝土施工,一般使用低水化热的矿渣水泥,而本工程因混凝土设计标号高,必须使用高水化热的普通硅酸盐水泥．在本文,合理选用原材料,用ＵＥＡ外加剂代替相应水泥用量并调整配合比,对混凝土温度进行了估算,根据工程实际合理设置后浇带,不仅实现了温度控制的目标,也解决了高标号大体积混凝土使用普通硅酸盐水泥的裂缝控制技术问题．     

基于热力耦合的钢筋混凝土锈胀开裂分析

为对锈蚀钢筋混凝土构件开裂问题进行分析,鉴于氯离子扩散控制方程与瞬态热传导控制方程的相似性,根据传统的Fick定律和已有的氯盐环境下钢筋非均匀锈胀模型以及热弹性力学理论,提出钢筋混凝土锈胀开裂模拟的热力耦合方法.对氯离子的扩散采用瞬态热传导方法进行分析模拟,提取各时间步钢筋单元表面的氯离子质量浓度即温度作为混凝土的温度荷载,引入钢筋锈胀的时变等效温度膨胀系数,采用升温膨胀对钢筋的锈胀以及由此引起的混凝土开裂过程进行有限元分析.数值算例表明,该方法可以有效地模拟和分析钢筋的非均匀锈胀和混凝土的裂缝扩展行为.     

Hydration process and crack tendency of concrete based on resistivity and restrained shrinkage crack

Hydration process, crack potential and setting time of concrete grade C30, C40 and C50 were monitored by using a non-contact electrical resistivity apparatus, a novel plastic ring mould and penetration resistance methods, respectively. The results show the highest resistivity of C30 at the early stage until a point when C50 accelerated and overtook the others. It has been experimentally confirmed that the crossing point of C30 and C50 corresponds to the final setting time of C50. From resistivity derivative curve, four different stages were observed upon which the hydration process is classified; these are dissolution, induction, acceleration and deceleration periods. Consequently, restrained shrinkage crack and setting time results demonstrated that C50 set and cracked the earliest. The cracking time of all the samples occurred within a reasonable experimental period thus the novel plastic ring is a convenient method for predicting concrete’s crack potential. The highest inflection time (t _i) obtained from resistivity curve and the final setting time (t _f) were used with crack time (t _c) in coming up with mathematical models for the prediction of concrete’s cracking age for the range of concrete grade considered. Finally, an ANSYS numerical simulation supports the experimental findings in terms of the earliest crack age of C50 and the crack location.     

水工碾压混凝土的抗裂性能

为了研究碾压混凝土的抗裂性能,分析了碾压混凝土弹性模量、极限拉伸、徐变、干缩、自生体积变形、温度变形等变形性能和胶凝材料的水化热、碾压混凝土的绝热温升、导温系数、导热系数和比热等热学性能.对国内外试验研究资料的整理分析后得出碾压混凝土具有比常态混凝土更优越的抗裂性能.提出理想化抗裂性能评价指标,其值越大,混凝土的抗裂性能就越好;临江电站混凝土的抗裂性能分析结果进一步验证了强度等级相当的碾压混凝土抗裂性能明显优于常态混凝土.     

碾压混凝土重力坝诱导缝施工期三维非线性开裂分析

基于三维瞬态有限元温度应力仿真分析的结果,采用混凝土分布裂缝模型,对大坝诱导缝的开裂及裂缝扩展进行了跟踪计算.计算结果表明,坝体的上游面诱导缝缝端应力强度因子局部超过混凝土的断裂韧度,诱导缝开裂发生,诱导缝的开裂明显地减小了坝段中部区域的拉应力,根据开裂分析结果,建议诱导缝的设置长度为4.5m.     

低配筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度的试验研究

在6根煤矸石混凝土梁和9根浮石混凝土梁试验的基础上,对低配筋轻骨料混凝土梁裂缝开展机理作了详细的分析.在试验结果和分析的基础上,提出了低配筋轻骨料混凝土梁裂缝开展宽度验算公式,并改进了纵向受拉钢筋的内力臂系数、钢筋应变不均匀系数的计算公式,使裂缝宽度的计算更为合理.