掺MgO微膨胀混凝土结构的温度应力及其有效应力法研究

论文题目: 掺MgO微膨胀混凝土结构的温度应力及其有效应力法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水工结构工程

作者: 梅明荣

导师: 任青文

关键词: 水工结构,微膨胀混凝土,温度应力,水化热绝热温升,试验与计算结合方法,有效应力,比奥理论,有限元

文献来源: 河海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 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。

论文目录:

第一章 绪论

1．1 Mgo微膨胀混凝土筑坝技术

1．2 膨胀混凝土国内外的研究与应用背景

1．3 微膨胀混凝土的温度应力分析方法

1．4 本文的主要研究工作

第二章 掺MgO混凝土温度应力分析的基本理论

2．1 混凝土温度应力分析的基本理论

2．2 掺Mgo混凝土温度应力计算的初应变法

2．3 龙滩工程计算实例

2．4 自生膨胀体积变形表达式及其讨论

2．5 本章小结

第三章 早期混凝土水化热绝热与半绝热试验研究

3．1 问题的提出

3．2 研究意义

3．3 试验程序与试验设备

3．4 绝热温升的修正

3．5 成果与分析

3．6 混凝土绝热温升试验结论

3．7 本章小结

第四章 外掺MgO混凝土结构温度补偿的时空效应

4．1 Mgo微膨胀的时空性

4．2 计算模型与参数

4．3 掺Mgo混凝土结构温度补偿的时空效应

4．4 成果与讨论

4．5 常规计算方法的几点讨论

4．6 本章小结

第五章 掺Mgo混凝土的膨胀作用的细观分析

5．1 Mgo微膨胀的细观研究

5．2 混凝土细观研究的方法简述

5．3 砂浆膨胀法

5．4 体积开裂概率

5．5 计算成果分析

5．6 本章小结

第六章 掺MgO混凝土温度应力的有效应力法

6．1 思路的由来

6．2 掺MgO混凝土温度有效应力法的基本假定

6．3 基于Biot理论的掺MgO混凝土温度有效应力法

6．4 本章小结

第七章 掺MgO微膨胀混凝土温度应力的有效应力法计算

7．1 温度有效应力方法的有限元分析

7．2 相关具体公式的推导

7．3 温度有效应力的有限元法求解过程

7．4 温度有效应力的有限元法算例

7．5 存在的问题

7．6 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要成果

8．2 主要创新点

8．3 今后的工作方向

主要参考文献

致谢

附录1 作者在博士学习期间发表的主要论文

附录2 作者在博士学习期间负责、参加科研项目

发布时间: 2005-04-25

参考文献

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• [3].深基坑工程若干土力学问题研究[D]. 吴明.浙江大学2009
• [4].冻结深立井钢筋混凝土井壁温度场与温度应力研究[D]. 张红亚.合肥工业大学2013
• [5].混凝土温度损伤模型研究[D]. 王振波.河海大学2001

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• [7].基于水化度的混凝土温度与应力研究[D]. 马跃峰.河海大学2006
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