基于数值分析和工程经验的现代大体积砼裂缝控制实用技术

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近年来,现代大体积混凝土早期开裂问题引起社会各界的普遍重视,成为工程界亟需解决的难题之一,在提倡建设节约型社会的今天,解决混凝土早期开裂问题意义重大。混凝土早期开裂影响因素多、情况复杂,设计、材料、施工、管理和环境等对其都有不同程度的影响,工程界迫切需要一整套有效、方便、简单的裂缝控制实用技术。 本文研究工作的技术路线如下,首先从分析混凝土定义变化入手,研究我国现代混凝土的主要特征,分析混凝土配合比特点,并从“中国知网”等处收集大量工程案例,建立数据库系统;其次,基于通用有限元软件ANSYS开发模拟混凝土施工过程的温度、徐变应力计算模块;最后,开发交互式中文界面混凝土早期裂缝控制仿真分析系统,并基于数据库和仿真分析系统提出混凝土早期裂缝控制实用技术。 本文的主要工作及具体成果如下: (1)首次系统调查研究了我国现代混凝土的现状,分析了现代混凝土的主要特征和配合比特点。从分析混凝土定义入手,研究现代混凝土的变化,高性能化、商品化和品质高要求化是现代混凝土的主要特征,设计强度等级提高、水灰比减小、砂率增大、水泥强度等级提高、普通硅酸盐水泥使用比例提高、矿物掺合料和“双掺”使用比例提高、粉煤灰掺入比例提高和胶凝材料用量提高是现代大体积混凝土配合比的主要特点,这些新情况导致了现代混凝土早期开裂风险的变化。 (2)建立了“现代混凝土裂缝控制数据库系统”。从“中国知网”等处收集了大量现代混凝土工程裂缝控制的成功案例,将其工程信息、配合比、裂缝控制措施,建立成数据库,为日后工程配合比设计、抗裂措施选择提供参考,便于施工单位尽快确定施工方案。 (3)开发了模拟混凝土施工的温度场有限元分析模块。温度场分析是温度应力场分析的基础,利用ANSYS实现了分层浇筑、人工水管冷却等混凝土早期瞬态温度场仿真模拟,分析了常用温控措施——斜面分层浇筑各因素对温度场的影响,并基于ANSYS开发了基于等效时间水化度的混凝土早期热分析模块。 (4)开发了早期混凝土应力场计算软件。基于ANSYS用户可扩展功能(UPFs),将混凝土徐变的指数函数模型和弹性徐变方程的隐式解法引入ANSYS,增加了ANSYS混凝土早期徐变本构模型,完善了ANSYS在混凝土早期应力计算方面的功能,运用该程序研究发现加快水化放热速率、增大热膨胀系数、加快弹性模量增长、减小比热、减小导热系数都会增大混凝土开裂风险,施工期应加强表面保温和内部散热。 (5)开发了高效、快捷的“现代混凝土早期裂缝控制仿真分析系统”。开发了适合混凝土早期温度应力分析的建模、计算、后处理模块,如常见结构快速建模、水管冷却建模、快速温度场后处理等,集成了一套完整的、便于技术人员学习和使用的仿真分析系统,预先对工程进行仿真分析,根据结果提出、修改抗裂措施。基于数据库和仿真分析系统提出混凝土早期裂缝控制实用技术,并在实际工程中得到运用。 (6)对ANSYS的基本功能和二次开发进行了深入研究,为学习者提供了大量范例。
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