混凝土早期收缩裂缝的形成机理与控制研究

论文摘要

裂缝是导致混凝土结构耐久性和使用寿命降低的主要因素。目前,随着高强、高性能混凝土的大力推广应用,混凝土裂缝问题越来越严重,因此受到工程界的高度关注。混凝土处于硬化阶段的早期开裂是困扰现代混凝土工程界的一个普遍问题。这些现实问题要求我们必须对混凝土早期的开裂机理、裂缝变化发展情况和控制措施进行深入、细致的研究。混凝土早期裂缝主要包括由湿度变化引起的收缩裂缝和由温度变化引起的温度收缩裂缝。本文主要研究由湿度变化所引起的收缩裂缝,此处主要考虑干燥收缩和自收缩。混凝土早期裂缝的产生、发展和变化过程十分复杂,预防和控制要比外荷载引起的裂缝困难很多,但也并非不可控制。科学合理的采取一些技术措施可将裂缝的发生几率降到最低程度。本文紧紧围绕混凝土早期裂缝的形成机理展开研究,确定了湿度的变化是产生干燥收缩与自收缩的主要影响因素。以此为理论基础,建立了混凝土内部的湿度场与收缩应力场,推导出了任意时刻混凝土内任意一点的应力值。借助于大型有限元分析软件ANSYS模拟了一块混凝土板内部的湿度场与干缩应力场,得出了混凝土内部湿度的扩散规律及应力的分布、发展规律。最后,提出了混凝土早期裂缝控制的一些行之有效的方法,只要采取有针对性的技术措施一定可以将裂缝的危害程度降到最低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 当前我国混凝土工程结构的裂缝问题及其现状
• 1.3 混凝土工程裂缝的分类及成因
• 1.3.1 混凝土工程裂缝的分类
• 1.3.2 混凝土工程裂缝的成因
• 1.4 混凝土的早期裂缝问题
• 1.4.1 "早期"的界定
• 1.4.2 早期收缩裂缝研究的必要性和复杂性
• 1.5 本文的主要研究内容和目的
• 第二章 混凝土早期收缩裂缝的形成机理探析
• 2.1 引言
• 2.2 干燥收缩及其裂缝形成机理剖析
• 2.2.1 混凝土的干缩机理
• 2.2.2 影响混凝土干燥收缩的主要因素
• 2.3 自生收缩及其裂缝形成机理剖析
• 2.3.1 混凝土自生体积收缩研究现状
• 2.3.2 混凝土自收缩机理
• 2.3.3 混凝土自收缩的特性
• 2.3.4 影响混凝土自收缩的主要因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 混凝土的湿度场与收缩应力场分析
• 3.1 引言
• 3.2 混凝土的早期收缩受限应力场
• 3.2.1 混凝土收缩应力的形成与特点
• 3.2.2 混凝土早期收缩变形的组成分析
• 3.2.3 混凝土应力增量的推导过程
• 3.3 混凝土的早期湿度场分析
• 3.3.1 混凝土早期相对湿度变化组成分析
• 3.3.2 干燥作用下引起的相对湿度变化率
• 3.3.3 自干燥作用下引起的相对湿度变化率
• 3.3.4 总相对湿度变化率表达式及边界条件
• 3.3.5 现浇混凝土中宏观湿度的控制方程
• 3.4 混凝土早期收缩与相对湿度的耦合
• 3.5 钢筋混凝土结构收缩应力分析
• 3.5.1 钢筋混凝土结构的收缩应力
• 3.5.2 结构单元抽象模型
• 3.5.3 收缩受限状态下结构的应力时程分析
• 3.5.4 应力分析推导过程讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 混凝土结构湿度及干缩应力非线性有限元分析
• 4.1 湿度场及干缩应力场的有限元计算原理
• 4.2 ANSYS的特点及分析的主要步骤
• 4.3 理论模型的建立
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 参数的确定
• 4.3.3 边界条件和单元选取
• 4.4 理论结果分析
• 4.4.1 有限元模型的建立
• 4.4.2 湿度场模拟结果分析
• 4.4.3 干缩应力场模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 混凝土早期收缩裂缝的控制措施
• 5.1 引言
• 5.2 从减小收缩方面考虑的控制措施
• 5.2.1 膨胀剂补偿收缩
• 5.2.2 减缩剂减小收缩
• 5.3 从提高抗裂性方面考虑的控制措施
• 5.4 注意事项
• 5.5 其它的防控措施
• 5.6 本章小结
• 结语与展望
• 1、结语
• 2、展望
• 参考文献
• 致谢