箱形设备基础收缩徐变及温度应力分析

论文摘要

收缩和徐变是混凝土材料本身固有的时变特性,正确的估计和预测收缩徐变对大体积超长混凝土结构有重要的影响。随着大体积混凝土结构在土木工程中的广泛应用,设计和施工中的温度场及相应温度应力的计算或控制也成为土木工程的研究热点之一。对于属于大体积混凝土的箱形设备基础,由于温度应力分布比较复杂,影响因素众多,因此在实际工程中很难准确得到其解析解。但随着计算机科学和数值计算方法的飞速发展,目前已经有很多计算方法应用于大体积混凝土温度应力的计算机仿真技术,其中应用最为广泛的是有限单元法。本文主要工作如下:①本文根据国内外混凝土收缩徐变研究的文献资料和最新研究进展,详细讨论了混凝土收缩徐变的物理机理和影响因素。②通过比较分析,选择了较为合理的考虑混凝土收缩徐变的估算模型用于有限元分析,并利用ADINA的二次开发功能,编制了能够考虑混凝土弹性模量随时间变化的收缩徐变关系的材料本构用户接口程序。③在详细了解大体积混凝土结构施工时的温度场及温致开裂的工程问题与国内外的研究进展的基础上,对大体积混凝土温度场的规律进行了理论探讨,介绍了温度场计算的方法。④综合考虑温度收缩、以及干燥收缩的影响,在大型结构分析程序ADINA平台上,用二次开发材料对箱形设备基础进行了三维整体计算分析。主要结论如下:①混凝土的徐变特性对其早期的裂缝的产生有有利的影响,通过计算对比,其影响较大不可忽略。②计算底板温度场发现,保温条件对混凝土表面的影响较大,处理不好将有温度较大变化,易导致表面裂缝的产生。③底板的应力场表明:水化热主要影响表面裂缝的产生,对贯通裂缝的形成影响不如干燥收缩大。④本文先取45m有限元三维整体模型计算分析,底板、竖向构件以及顶板分别间隔7天浇注。结果表明:模型会发生局部裂缝,但不会出现危害较大的贯通裂缝。⑤通过45m、60m和75m有限元三维整体模型计算结果对比分析表明,长度越长产生的拉应力越大。对于模型长度小于75m的情况,不管施工间隔时间长短,除局部表面出现裂缝外,模型不会出现贯通裂缝;对于长度为75m的模型,当施工间隔为28天时,箱基竖向构件可能会出现贯通裂缝。不同施工间隔时间计算结果表明,施工间隔时间的长短对底板、竖向构件,以及顶板的应力有明显影响,间隔时间越长对底板有利,对竖向构件和顶板不利。本文通过以上研究,为箱形设备基础的设计和施工提供了更为准确的量化依据,对裂缝的控制具有现实意义,同时论文工作也为此类箱形设备基础的后续深入研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义
• 1.2 混凝土结构中常见的收缩裂缝
• 1.3 国内外的研究进展与评述
• 1.4 本文的主要工作
• 2 混凝土收缩徐变机理研究
• 2.1 引言
• 2.2 混凝土收缩徐变的机理分析
• 2.2.1 收缩
• 2.2.2 徐变
• 2.3 影响混凝土收缩徐变的主要因素
• 2.3.1 骨料对混凝土收缩徐变的影响及轻骨料混凝土
• 2.3.2 水泥品种时混凝土收缩徐变的影响
• 2.3.3 掺合料对混凝土收缩徐变的影响
• 2.3.4 含水量对混凝土收缩徐变的影响及高性能混凝土
• 2.3.5 周围介质的温度、湿度对混凝土收缩徐变的影响
• 2.3.6 养护条件对混凝土收缩徐变的影响
• 2.3.7 构件尺寸对混凝土收缩徐变的影响
• 2.3.8 配筋对混凝土收缩徐变的影响
• 2.3.9 加载龄期对混凝土徐变的影响
• 2.3.10 多轴应力对混凝土徐变的影响
• 2.4 本章小结
• 3 混凝土收缩和徐变的预测模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 基本概念
• 3.2.1 徐变系数、徐变度和徐变函数
• 3.2.2 收缩
• 3.3 混凝土收缩徐变数学模型建立的准则
• 3.3.1 对影响混凝土收缩徐变因素的反映
• 3.3.2 对混凝土收缩徐变时变特性的反映
• 3.3.3 对模型公式形式的选择
• 3.4 国内外常用混凝土收缩徐变预测模型
• 3.4.1 国内的预测模型
• 3.4.2 CEB-FIP 系列模型
• 3.4.3 ACI 209 模型
• 3.4.4 英国规范BS 系列模型
• 3.4.5 B-P 系列模型
• 3.4.6 G-Z 模型
• 3.4.7 GL2000 模型
• 3.5 国内外常用混凝土收缩徐变预测模型对比研究
• 3.5.1 国内外常用模型考虑的因素及计算水准的比较
• 3.6 本章小结
• 4 混凝土温度场理论以及混凝土的温度、变形特性
• 4.1 引言
• 4.2 热传导原理
• 4.2.1 热传导方程
• 4.3 热传导方程的初始条件和边界条件
• 4.4 混凝土的温度、变形特性
• 4.5 算例分析
• 4.6 本章小结
• 5 用户二次开发在ADINA 中的实现
• 5.1 引言
• 5.2 材料徐变本构模型的基本理论
• 5.3 子程序结构及编程概要
• 5.3.1 关键技术介绍
• 5.3.2 用户子程序的具体实施方法
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 6 工程分析
• 6.1 工程概述
• 6.2 有限元计算的基本参数
• 6.2.1 混凝土的力学性能
• 6.2.2 求温度场所需的参数
• 6.3 有限元模型分析
• 6.3.1 基本假设
• 6.3.2 底板有限元模型
• 6.3.3 竖向构件有限元模型
• 6.3.4 三维整体模型的分析
• 6.4 本章小结
• 7 研究结论与展望
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B