考虑性态变化的早期混凝土热湿力耦合分析及其应用

温度、湿度是引起混凝土早期开裂的重要原因,早期混凝土性态与温度、时间变化密切相关,但已有方法在模拟二者组合效应上存在明显缺陷。为了更加真实地模拟早期混凝土应力场,合理评价结构开裂风险,基于ABAQUS二次开发平台,编写基于水化度理论和考虑热学参数变化的温度场计算子程序;考虑温度对湿度扩散系数影响的湿度场计算子程序;基于成熟度理论和双幂徐变函数的应力场子程序,并通过算例验证了子程序开发的合理性。采用顺序耦合方法,将温度场、湿度场和应力场子程序应用于工程实例,研究结果表明:结构温度前期主要受水化热影响,后期随大气温度变化,但有一定滞后性;干缩变形主要对表面应力产生较大影响;考虑湿度影响后,结构内部应力有所减小;结构表面开裂是温度与干缩联合作用的结果,内部开裂则主要由温度引起。     

超长混凝土厚楼板施工期开裂性能数值模型与分析

基于混凝土指数形式徐变模型,利用有限元软件ABAQUS的子程序开发功能,对建筑结构超长楼板的徐变进行计算,考虑水化热温度场计算、温度应力计算,并考虑水化热、动态材料属性、楼板分区及模板拆除等材料非线性以及边界非线性影响,得到楼板水化热的影响规律且增加2%的膨胀率可有效减小收缩徐变。     

混凝土双幂徐变函数二次开发

为了更准确地实现对早期混凝土的温度场和温度应力场的模拟,通过考虑水化度对混凝土生热模型的影响,采用基于成熟度的混凝土弹性模量增长公式,同时在应力分析中采用双幂徐变函数模型,基于ABAQUS二次开发平台编写了相应的粘弹性本构模型,并经过数值测试和分析验证了其正确性。     

大体积混凝土水化热温度场和应力场耦合效应分析

针对大体积混凝土浇筑过程中温度冲击现象可能引起的早期裂缝,综合考虑水化热、混凝土早期弹性模量、混凝土早期强度时变和混凝土早期收缩徐变效应以及水化热的空变效应,采用有限元方法分析水化热温度场,得到水化热温度场和应力场的时变曲线,并进行了服役前混凝土的抗裂性评估。计算和实测结果对比表明,水化热时变模型预测的极值温度、极值温度梯度完全吻合,该算法对工程实际具有一定的指导作用。     

水泥混凝土板硬化温度翘曲正向计算方法研究

硬化翘曲的存在使得水泥混凝土路面（机场道面）的开裂模式向多样化发展,对路面长期服役行为产生深远影响。不同于现有的反算法和直接确定法,提出了计算水泥混凝土板硬化温度翘曲的正向计算方法。编写了基于ABAQUS的水泥混凝土路面温度场计算子程序和能够考虑拉压徐变差异的本构子程序,模型能够预测混凝土路面自浇筑后的温度场和应力场变化历史。研究表明,硬化温度翘曲以残余应力和残余变形的方式存在于混凝土板内,其分布和位置有关,且二者在混凝土浇筑30d后趋于稳定值。通过提出采用复位法将残余变形转化为残余应力,进一步以等效线性温度梯度表征,便于水泥混凝土路面设计采用。最后通过足尺试验路数据评估了正向计算方法的可行性,指出当存在相邻板的约束时,硬化温度翘曲主要以残余变形的状态存在,峰值出现在接缝附近。     

混凝土早龄期裂缝与约束度研究

水化反应作用下,早龄期混凝土产生温度和自生体积等变形,受到外部以及自身温差、线胀系数等差异引起的内外约束后,混凝土应力很容易超出其抗拉强度并导致结构开裂。基于混凝土温度场和应力场仿真计算理论,对早龄期混凝土温度应力、徐变和约束关系进行分析,研究结果表明早龄期混凝土裂缝主要与温度、自生体积变形和约束度有关。     

宏观不均匀性对混凝土温度应力计算结果的影响

利用有限元软件就宏观不均匀性对混凝土温度应力的影响进行了对比模拟计算。计算中考虑弹性模量、水泥水化热、抗拉强度随龄期变化的影响,但未考虑徐变作用。初步对比计算结果表明:当混凝土强度存在宏观不均匀性时,混凝土的开裂强度为组分中的最低强度等级,温度应力开裂时间提前。     

热传导模型在早龄期混凝土结构非结构性裂缝分析中的应用

为更准确地分析混凝土结构早龄期非结构性裂缝的产生机理,提出了混凝土三维有限元热传导数值计算模型。该模型考虑了混凝土水化反应引起的温度变化,采用水化度的混凝土弹性模量和抗拉强度计算公式来表衙早龄期温度变化对其力学性能的影响,并在应力分析中采用Bazant双幂函数徐变模型考虑徐变对混凝土应力的影响。分析表明,该模型能较好地预测实际条件下混凝土温度和相应产生的应力,具有一定的工程应用价值。     

台山核电站反应堆筏基混凝土考虑施工过程的温度场模拟分析

为准确模拟台山核电站筏基混凝土温度场,在有限元模拟分析筏基混凝土水化温度场时,同时考虑了龄期、温度和施工过程的影响。基于混凝土等效龄期和水化度概念,利用绝热温升曲线,确定了混凝土等效龄期水化度曲线。利用ABAQUS有限元软件模拟筏基温度场,通过HETVAL子程序实现由等效龄期水化度曲线确定的混凝土水化生热率,以此考虑龄期和温度对混凝土水化放热过程的双重影响。根据筏基施工方法及形状特性,采用1/2模型,并结合ABAQUS软件中的模型改变交互功能实现模拟施工过程。结果表明:采用等效龄期水化度,可模拟温度和龄期对水泥水化放热过程的双重影响;采用1/2模型和ABAQUS软件中模型交互功能,可模拟筏基混凝土温度场对称分布并受施工过程影响的特性;考虑施工过程模拟温升起始时刻、模拟最高温度及其对应时刻均与实测值吻合较好。     

大型桥墩承台施工期温度控制模拟研究

运用三维有限元分析方法,考虑了冷却水管与周围环境的相互作用,对桥墩大体积混凝土承台实际施工过程的温度场进行了全程仿真计算.结果表明承台面是温度梯度最高且产生拉应力最大的部位;若工期及工艺允许,宜拉大各层混凝土的浇筑间隔,以降低各层混凝土之间水化热的相互影响;外界温度变化对混凝土核心温度影响程度小,但明显影响其表面应力.     

ABAQUS在高拱坝浇筑仿真分析中的应用

依据某常态混凝土高拱坝的详细施工进度和监测资料,以该拱坝单个典型坝段为研究对象,利用有限元软件ABAQUS所提供的子程序接口,编制水化热、水管冷却子程序及混凝土变弹模本构模型,对拱坝施工期全过程进行仿真计算。重点分析施工过程水泥水化热、水管冷却、变化弹性模量等因素对混凝土浇筑过程的影响,比较形象地反应施工过程中混凝土温度场及温度应力场的分布情况,验证该子程序的正确性及准确性。     

基于水化度和约束状态下拉伸徐变特征的早龄期混凝土内应力预测

为研究约束状态下早龄期混凝土的拉伸徐变性质,建立了基于水化度并考虑约束状态的早龄期混凝土拉伸徐变模型,推导出三维空间应力增量和应变增量关系式。对密闭状态下4组混凝土在不同养护温度下的自由收缩和约束应力发展进行了实测,应用实测结果推算模型参数,并验证了算法的正确性。最后用于某地下通道墙体约束应力发展的计算,并与由B3徐变模型得到的应力结果作了比较。研究结果表明:建立的基于水化程度并考虑约束状态的拉伸徐变模型较传统的B3徐变模型能够更好地体现混凝土早龄期的应力松弛效应,可用于约束状态下混凝土结构早龄期内应力发展预测,有助于对早期开裂风险进行正确评估。     

大体积混凝土水化热仿真分析

文章从大体积混凝土水化热效应对结构开裂的影响出发,分析了施工阶段大体积混凝土的温度场及温度应力分布规律。以石首长江大桥主墩承台为研究对象,根据混凝土材料特性、实际施工条件,利用大型有限元软件建立有限元模型进行仿真分析,研究在浇筑过程中混凝土的温度场及温度应力的分布规律。分析结果表明:各施工阶段结构温度应力安全系数较大,满足相应规范要求;承台在浇筑过程中,中心温度先升后降,在第3天时达到峰值,且内表温差随中心温度变而变化;承台早期应力由内表温差引起,集中于表面;由于混凝土收缩等因素影响,后期应力集中于结构中心,且随龄期增长不断增大。     

大体积混凝土温度场计算中新模型应用

将一种新的考虑温度和化学反应物浓度对化学反应速率影响的混凝土水泥水化反应放热模型应用于大体积混凝土温度场的有限元计算。数值结果揭示了混凝土的温度峰值大小以及达到峰值所需要的时间的变化规律、分层浇筑对温度场的影响、施工时的环境温度因素等规律。     

混凝土早期变形与开裂敏感性评价

温度变形和自生变形是硬化混凝土在初龄期两种最主要的变形。温度变形是由水泥水化热和环境温度变化引起的变形,自生收缩变形是水泥水化导致的自干燥收缩变形,这两种变形对混凝土早期开裂敏感性的影响与混凝土的孔结构有关,而孔结构与混凝土硬化过程的温度水平及温度历程密切相关。试验表明,掺硅灰的混凝土具有较高的早期抗拉强度,而掺粉煤灰的混凝土具有更好的徐变应力松弛能力,抗裂性能较好,不同温度历程下混凝土热膨胀系数的准确测定对应力分析十分重要。     

混凝土浇筑过程的数值仿真

提出了综合考虑混凝土浇筑过程水化热、环境温度、弹性模量和徐变的改变等因素混凝土浇筑过程的数值仿真方法,得到了混凝土的温度场和应力的变化规律,对大体积混凝土的浇筑进行事前预测和浇筑进程控制有重要的指导意义。     

徐变对砌体墙温度应力的影响

为了研究徐变对砌体温度应力的影响,参照再生混凝土砖砌体徐变模型,采用老化理论和指数函数砌体徐变模型,推导两端固定的砌体杆件在温度变形作用下构件砌体应力变化规律,并将周期性季节温度简化为线性函数,根据季节温度变化,分别推导出考虑徐变时与不考虑徐变时的砌体温度应力的计算公式,通过两个不同条件的计算公式对比,提出了温度应力的松弛系数。研究提出了考虑徐变效应时,两端受约束砌体构件的温度应力计算公式;同时,提出了在季节温度作用下,砌体温度应力的松弛系数计算公式,并建议在分析季节温度作用时,考虑应力松弛系数0.8。     

《大体积混凝土温度应力与温度控制》朱伯芳著

本书全面阐述了大体积混凝土结构温度场温度徐变应力的计算方法和控制温度防止裂缝的工程措施，包括嵌固板、自由墙、基础梁、刚架、重力坝、支墩坝、拱坝、隧洞和孔口的温度场和温度徐变应力的变化规律和计算方法，混凝土原材料的优选、混凝土预冷、水管冷却、表面保温的计算方法和技术措施，国内外实际工程控制温度防止裂缝的实践经验。本书可供大体积混凝土结构设计、施工和研究人员使用，也可供大专院校师生参考。现已由中国电力出版社出版，定价９８元。《大体积混凝土温度应力与温度控制》朱伯芳著     

节段预制箱梁后浇横隔墙的水化热效应分析

结合某实桥工程背景,对节段预制箱梁进行后浇横隔墙施工过程的水化热效应进行了研究,使用有限元软件ANSYS建模,根据三维瞬态温度场理论,进行了水化热效应的仿真模拟,分析了箱体温度场和应力场的分布及随时间变化情况,揭示了水化热温度应力使预制箱体腹板外表面受拉、内侧受压的规律及峰值拉应力区域,指出容易开裂的位置;分析了水泥品种、混合材料用量、入模温度3个参数对应力场的影响规律及影响程度.结果表明:水泥品种对水化热效应的影响最大,其次是混合材料用量的影响,入模温度对水化热效应的影响最小.     

大坝混凝土温度应力数值模拟

为了模拟大坝混凝土早期内部温度变化和应力发展,本文建立了大坝混凝土在半绝热条件下的早期温度场模型,并在此模型基础上考虑自生体积变形和徐变来建立应力场模型;对比温度应力曲线与强度发展曲线,计算出混凝土开裂敏感度。通过模型计算值跟试验结果的对比,证明该模型可以用来验证温度应力试验机试验结果,具有合理性;故该数值模型可以验证由温度应力试验得到的混凝土综合抗裂指标。