论文题目: 高强轻集料混凝土构件优化设计与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 叶家军
导师: 胡曙光
关键词: 轻集料混凝土,钢筋混凝土构件,预应力混凝土构件,本构关系,有限元分析,徐变效应
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 结构轻集料混凝土具有轻质、抗震性好、耐久性高的特点，特别适用于高层建筑、桥梁等大跨度结构工程，以及地质条件复杂和对材料耐久性有特殊要求的重点工程建设，并对各种工程具有广泛意义，其应用前景非常广阔。本论文在对高强轻集料混凝土制备技术与基本材性的研究基础之上，采用试验、有限元模拟与工程应用相结合的研究方法对钢筋及预应力高强轻集料混凝土构件性能进行了深入、系统的研究，揭示了材料与构件之间的相关性，提出轻集料混凝土构件优化设计方法。研究成果为修订《轻集料混凝土结构设计规范》与编制《轻集料混凝土桥梁设计规范》提供了重要的参考，对于促进该类材料广泛用于桥梁结构意义重大。 本文进行的主要工作和取得的重要成果有： 探明了影响高强轻集料混凝土物理力学性能的主要因素，确定了制备LC40～LC60高强轻集料混凝土的关键技术参数，利用800级高强轻集料与42.5级普通硅酸盐水泥为主要原料制备出具有高工作性能、高性价比的LC40～LC60轻集料混凝土；回归出LC40～LC60高强轻集料混凝土应力—应变关系数学表达式，为结构设计与有限元分析奠定了理论基础。 系统研究了LC40～LC60钢筋轻集料混凝土抗弯构件的性能，研究了钢筋轻集料混凝土构件的正截面承载力、延性、开裂荷载以及破坏特征，验证了普通混凝土结构设计规范公式对于高强轻集料混凝土的适用性，修正了矩形截面梁开裂弯矩计算公式。 结合依托工程，设计制作一片20m预应力高强轻集料混凝土实体梁，研究了预应力构件的荷载、挠度、混凝土变形之间关系；利用ANSYS有限元分析软件与计算机技术，建立了有效、适用的预应力轻质混凝土结构有限元模型；利用该模型模拟研究了构件在预应力和荷载作用下的力学行为，以及端部锚固区混凝土应力分布特征，探明了预应力构件端部锚固区混凝土开裂的原因，提出了能够有效解决预应力轻集料混凝土构件端部开裂问题的结构梯度设计方法，确定了构件端部结构与材料最优参数。 深入研究了预应力轻集料混凝土构件的长期徐变效应。探明了LC40轻集料混凝土的徐变特性，回归出14d龄期预应力张拉的轻集料混凝土徐变系数公式，推导出有限元分析蠕变准则系数C1值的计算式，为利用有限元模型分析构件的长期徐变效应奠定了基础；模拟研究了构件分别在裸梁状态与使用荷载作用状态下的预应力损失及挠度变化规律，比较了轻集料混凝土与普通混凝土构件长期徐变效应。
论文目录:
第一章 概述
1.1 结构轻集料混凝土
1.2 高强轻集料混凝土的性能优点
1.3 轻集料混凝土桥梁
1.3.1 经济性
1.3.2 技术可行性
1.3.3 轻集料混凝土桥梁进展
1.4 国内外研究现状及存在的主要问题
1.4.1 本构关系
1.4.2 收缩与徐变
1.4.3 构件设计方法
1.4.4 构件性能研究
1.4.5 预应力构件端部防裂技术
1.5 项目来源与依托工程
1.6 研究目标与内容
第二章 高强轻集料混凝土的应力应变关系
2.1 高强轻集料混凝土
2.1.1 原材料
2.1.2 影响轻集料混凝土性能的因素分析
2.1.3 高强轻集料混凝土配制
2.2 轻集料混凝土的应力-应变关系
2.2.1 应力应变全曲线
2.2.2 有限元分析中的混凝土本构关系模型
第三章 轻集料混凝土构件设计与性能研究
3.1 钢筋轻集料混凝土构件设计与性能研究
3.1.1 构件设计与制作
3.1.2 正截面工作阶段
3.1.3 混凝土和钢筋的应变
3.1.4 正截面承载力
3.1.5 挠度
3.1.6 延性
3.1.7 开裂荷载
3.1.8 典型破坏特征
3.1.9 裂缝扩展规律
3.2 预应力轻集料混凝土构件设计与性能研究
3.2.1 试验方法
3.2.2 结果分析与讨论
3.3 小结
第四章 基于有限元分析的轻集料混凝土构件设计优化
4.1 空间有限元分析理论
4.2 预应力构件有限元模型构建
4.2.1 模型和单元选取
4.2.2 模型构建
4.3 模型可靠性分析
4.3.1 跨中挠度
4.3.2 跨中截面应力与应变
4.3.3 端部应力分析
4.4 预应力轻集料混凝土构件优化设计
4.4.1 构件结构梯度设计
4.4.2 端部结构设计参数优化
4.4.3 材料性能优化设计
4.5 小结
第五章 预应力轻集料混凝土构件徐变效应分析
5.1 轻集料混凝土的徐变
5.1.1 徐变表征方法
5.1.2 徐变机理和影响因素
5.1.3 徐变试验
5.1.2 有限元分析中的混凝土徐变系数计算方法
5.2 裸梁徐变效应分析
5.3 使用荷载作用下梁体徐变效应分析
5.4 混凝土材料的徐变效应对比分析
5.4.1 裸梁徐变效应对比
5.4.2 使用荷载下梁体徐变效应对比
5.5 小结
第六章 轻集料混凝土桥梁工程应用关键技术
6.1 轻集料混凝土生产、施工关键技术
6.1.1 轻集料预处理工艺
6.1.2 搅拌工艺
6.2 轻集料混凝土的施工工艺
6.2.1 拌合物的运输
6.2.2 浇注和振捣工艺
6.2.3 养护工艺
6.3 预应力施加工艺与控制
6.3.1 预应力设计值
6.3.2 预应力施加工艺
6.3.3 预应力施加过程控制
6.4 工程应用
第七章 结论
发表论文情况
参考文献
致谢
发布时间: 2006-11-09
参考文献
- [1].轻集料—基体协同作用对混凝土性能的影响[D]. 陈伟.重庆大学2013
- [2].轻质高强混凝土脆性机理与改性研究[D]. 姜从盛.武汉理工大学2010
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- [4].钢纤维轻骨料混凝土力学性能的试验研究及损伤断裂分析[D]. 曾志兴.天津大学2003
- [5].高强高性能大掺量粉煤灰混凝土研究[D]. 吴建华.重庆大学2005
- [6].粗集料对混凝土强度影响的试验研究与数值模拟[D]. 杨再富.重庆大学2005
- [7].蒸养制度对高强混凝土性能的影响[D]. 彭波.武汉理工大学2007
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