孔隙水对混凝土静力特性的影响研究

论文摘要

大坝等混凝土结构的设计是否安全、合理,很大程度上取决于材料力学参数指标选取的正确合理性。大坝、桥墩和近海结构物等混凝土结构经常在水环境中工作,研究表明不同湿度情况下混凝土的力学性能会有较大差异。因此,分析孔隙水对混凝土力学特性的影响规律,提供更为准确的混凝土材料力学参数,为在水环境中的混凝土结构设计和安全性评价提供参考,意义重大。本文结合国家自然科学基金项目“考虑孔隙水影响的混凝土静动力损伤演化及破坏机理研究（50809079）”,以湿态混凝土在静力荷载下的力学性能为主要研究对象,分析了湿态混凝土强度降低的物理机理,取得了以下主要研究成果:（1）为了研究浸没时间、孔隙率以及液体表面张力对混凝土强度的影响,论文开展了在水中不同浸没时间下,不同强度混凝土的单轴抗压试验,以及不同含气量混凝土在不同表面张力液体中浸泡后混凝土的单轴抗压试验。文中详细介绍了试验过程,并对试验结果进行了分析。（2）论文从分析影响混凝土强度的各种因素出发,认为湿态混凝土强度降低的主要原因是浸没液体降低了材料的表面能。在湿度扩散、断裂力学和统计强度理论基础上,分析了混凝土内湿度分布情况以及存在湿度梯度时的混凝土抗压强度,并对各参数的影响进行了讨论。（3）论文利用ANSYS有限元软件的热分析模块计算了三维湿度扩散情况下的混凝土内部湿度场,在统计强度理论基础上,利用可靠度分析方法研究了不同湿度下混凝土的抗压强度。（4）论文在已有湿态混凝土弹性模量研究工作的基础上,考虑微裂纹对整体变形的影响,计算了不同孔隙率下饱和混凝土的弹性模量,并讨论分析了微裂纹密度、孔隙水、孔隙率变化和水的粘滞力对饱和混凝土弹性模量的影响大小。（5）论文在单轴压缩下混凝土应力-应变试验基础上,考虑不同加载阶段湿态混凝土弹性模量的变化,利用Weibull统计损伤模型建立了湿态混凝土的本构关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水对混凝土弹性性能的影响
• 1.2.2 水对混凝土强度的影响
• 1.3 本文的研究思路与结构安排
• 第二章 湿态混凝土的单轴抗压试验
• 2.1 概述
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 配合比设计
• 2.2.2 试验过程设计
• 2.3 试件的成型及养护
• 2.3.1 试件的成型
• 2.3.2 试件的干燥
• 2.3.3 试件的浸泡与密封
• 2.4 单轴抗压试验
• 2.5 数据结果和分析
• 2.5.1 浸没时间的影响
• 2.5.2 湿度传导方向的影响
• 2.5.3 含气量的影响
• 2.5.4 液体表面张力的影响
• 2.6 小结
• 第三章 湿态混凝土强度降低的物理机理分析
• 3.1 概述
• 3.2 影响混凝土强度的因素分析
• 3.2.1 水灰比
• 3.2.2 温度
• 3.2.3 龄期
• 3.2.4 含气量和孔隙率
• 3.3 湿态混凝土单轴抗压强度计算模型
• 3.3.1 湿度对混凝土强度影响的机理分析
• 3.3.2 基于Weibull 分布的湿态混凝土强度计算模型
• 3.3.3 混凝土内相对含水量计算
• 3.3.4 计算结果和讨论
• 3.4 小结
• 第四章 基于可靠度分析湿态混凝土的抗压强度
• 4.1 概述
• 4.2 混凝土湿度场模型及计算
• 4.2.1 湿度场数学模型
• 4.2.2 ANSYS 应用有限元软件进行参数化建模
• 4.2.3 ANSYS 热分析基本原理
• 4.2.4 利用ANSYS 计算混凝土湿度场分布
• 4.3 基于可靠度分析的湿态混凝土强度计算
• 4.3.1 基于ANSYS 的可靠度分析
• 4.3.2 ANSYS 湿-结构耦合分析
• 4.3.3 ANSYS 概率设计
• 4.4 计算结果及分析
• 4.5 结论
• 第五章 湿态混凝土的本构关系
• 5.1 概述
• 5.2 湿态混凝土的初始弹性模量
• 5.2.1 混凝土细观力学模型
• 5.2.2 受压荷载下微裂纹引起的柔度张量
• 5.2.3 湿态混凝土微裂纹引起的柔度张量
• 5.2.4 湿态混凝土基体弹性模量的确定
• 5.2.5 水泥后期水化对混凝土基体弹性模量的影响
• 5.2.6 计算结果及分析
• 5.3 湿态混凝土的本构模型
• 5.4 计算结果
• 5.5 湿态混凝土的峰值弹性模量
• 5.6 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论文及取得的科研成果