混凝土构件内现存应力钻孔释放过程的有限元模拟

论文摘要

混凝土现存应力水平是反映混凝土结构受力情况和可靠性的最重要的指标之一,因此,对混凝土结构进行现存应力的准确检测尤为重要。钻孔释放法是测量混凝土内部应力的有效方法之一,对释放过程及释放规律研究具有理论意义和应用价值。本文采用有限单元方法模拟了预应力混凝土内现存应力的钻孔释放检测过程,其中钻孔外径为120mm,内径为110mm,钻孔最大深度为110mm。通过外加载荷应力场模拟预应力,用应变释放率描述释放规律,用单元生死技术模拟钻孔过程,研究了均布载荷、梯度载荷、纯剪切及复杂应力状态下的应变释放规律并进行对比,分析了应力状态对混凝土内部应变释放的影响;还研究了均压和纯剪切两种应力状态下,构件厚度对钻孔释放过程的影响。结果表明:应变释放值依赖于应力初值和所处的应力状态,而应变释放率与受力状态、载荷等因素之间无明显的关系,完全释放深度不随应力状态的变化而变化,与应力初值也没有关系。应变释放值与释放率也依赖于构件厚度方向的尺寸;但当构件尺寸大于150mm时,构件尺寸不再是影响应变释放因素;完全释放深度也不随构件尺寸变化而变化,也与应力初值和构件深度无关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 工作应力检测研究现状
• 1.3 问题提出
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 混凝土的材料特性和破坏机理
• 2.1.1 材性的基本特点
• 2.1.2 混凝土的受压应力-应变曲线
• 2.1.3 混凝土的破坏机理
• 2.2 混凝土构件应力释放法的实验原理
• 2.3 现存应力释放方法与有限元数值模拟
• 2.3.1 混凝土工作应力的测试方法
• 2.3.2 有限元分析的基本过程
• 2.3.3 有限元模拟中单元类型的确定
• 2.3.4 钻孔过程的模拟
• 2.3.5 用APDL语句实现循环求解
• 2.3.6 数据的处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 不同应力状态下钻孔释放过程的数值模拟
• 3.1 几何模型
• 3.2 加载方式
• 3.3 均压状态下不同角度的应变释放规律
• 3.4 梯度压力状态下不同角度的应变释放规律
• 3.5 纯剪切状态下不同角度的应变释放规律
• 3.6 均压与纯剪切共同作用下不同角度的应变释放规律
• 3.7 不同应力状态下释放规律的对比
• 3.8 本章小结
• 第4章 构件厚度对释放规律的影响分析
• 4.1 有限元模型
• 4.2 均压时不同厚度板的应变释放规律
• 4.2.1 均压条件下板厚对应变释放规律的影响分析
• 4.2.2 均压条件下后表面中心点的应力释放分析
• 4.2.3 均压条件下不同钻孔深度时应变随厚度方向的释放曲线
• 4.2.4 均压条件下钻孔轴线上各点应变随钻孔深度的变化分析
• 4.3 纯剪切时不同厚度板的应变释放规律
• 4.3.1 纯剪条件下板厚对应变释放规律的影响分析
• 4.3.2 纯剪条件下后表面中心点的应力释放分析
• 4.3.3 纯剪条件下不同钻孔深度时应变随厚度方向的释放曲线
• 4.3.4 纯剪条件下钻孔轴线上各点应变随钻孔深度的变化分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢