基于水化度的混凝土温度与应力研究

论文摘要

混凝土温控防裂是一个较为复杂的问题，导致混凝土开裂的因素很多，包括常规荷载、温度、自生体积收缩、干缩、约束等。本文针对混凝土温度与力学特性、自生体积变形特性以及温度与应力仿真计算的若干问题进行了较为深入的研究，主要研究内容和创新成果如下： (1)通过对混凝土水化放热特性的理论与试验研究，建立基于水化度的混凝土绝热温升和热传导计算模型，并对混凝土表面热交换特性进行试验研究，在此基础上，建立基于水化度的混凝土非线性热传导方程，以更全面、准确地描述结构内外混凝土温度分布和发展过程。 (2)推导并建立了基于等效龄期且考虑活化能变化的混凝土抗压强度、弹性模量、抗拉强度计算模型，建立基于水化度的混凝土泊松比、线胀系数计算模型，以更全面地描述混凝土力学特性的发展过程，也能更真实地反映结构中混凝土的应力发展状况。 (3)通过对混凝土自生体积收缩机理和影响因素的阐述，建立基于水化度的混凝土自生体积收缩计算模型，以体现由于结构内外温度不同导致的收缩发展的差异，及其对应力的影响。 (4)在现有模型基础上，提出新的基于水化度的MgO混凝土自生体积膨胀变形计算模型，并利用该模型对坝体不同部位采用MgO混凝土的温度补偿效果进行分析。 (5)阐述遗传算法基本原理及其在工程混凝土温度参数反分析中的应用；阐述了严密的水管冷却温度场计算方法，对影响水管冷却效果的因素进行定量分析，并阐述水管冷却子结构和生死水管单元法的优缺点和应用前景；针对碾压混凝土坝仿真计算规模过大的问题，提出“非均质层合单元法”仿真计算方法。 (6)依托具体工程，阐述平原地区水闸、泵站混凝土的开裂机理和防裂措施，在此基础上提出了具有较强针对性和适用性的防裂方案，总结出全年施工时都要采用适度表面保温和内部水管冷却降温相结合的混凝土温控防裂新思路。

论文目录

• 前言
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 混凝土水化放热研究进展
• 1.3 混凝土热传导研究进展
• 1.4 混凝土温度参数反分析研究进展
• 1.5 混凝土自生体积变形研究进展
• 1.6 混凝土温度与应力仿真计算研究进展
• 1.7 本文主要研究内容
• 2 混凝土温度场理论与试验研究
• 2.1 非稳定温度场基本理论和有限元方法
• 2.2 混凝土绝热温升试验
• 2.3 基于水化度的混凝土绝热温升计算模型
• 2.4 基于水化度的混凝土热传导模型
• 2.5 混凝土表面热交换系数试验
• 2.6 混凝土非线性热传导方程及有限元求解
• 2.7 本章小结
• 3 混凝土应力场理论研究
• 3.1 混凝土应力场基本理论与有限元方法
• 3.2 基于等效龄期的混凝土力学特性计算模型
• 3.3 考虑温度影响的混凝土徐变
• 3.4 算例
• 3.5 本章小结
• 4 混凝土自生体积收缩理论与试验研究
• 4.1 概述
• 4.2 混凝土自生体积收缩机理和影响因素
• 4.3 混凝土自生体积收缩试验
• 4.4 基于水化度的混凝土自生体积收缩计算模型
• 4.5 减小混凝土自生体积收缩的方法
• 4.6 本章小结
• 5 MgO混凝土自生体积膨胀变形研究
• 5.1 概述
• 5.2 MgO混凝土膨胀机理和特性
• 5.3 MgO混凝土自生体积变形常用计算模型比较
• 5.4 基于水化度的MgO混凝土自生体积变形计算模型
• 5.5 MgO混凝土温度补偿效果分析
• 5.6 MgO混凝土筑坝技术
• 5.7 本章小结
• 6 混凝土温度与应力仿真计算的几个技术
• 6.1 基于遗传算法的混凝土温度参数反分析
• 6.2 混凝土水管冷却仿真计算方法
• 6.3 碾压混凝土坝温度与应力仿真计算的非均质层合单元法
• 6.4 本章小结
• 7 平原地区水工混凝土裂缝成因与防裂方法
• 7.1 概述
• 7.2 水闸混凝土裂缝成因机理与防裂方法
• 7.3 泵站混凝土裂缝成因机理与防裂方法
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文
• 致谢