本文關(guān)鍵詞：橋梁箱體濕熱耦合作用下非結(jié)構(gòu)性裂縫成因分析及處理方法

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【摘要】：混凝土箱梁優(yōu)點(diǎn)突出,應(yīng)用廣泛,卻常有梁體開裂現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)由荷載引起的裂縫僅占少數(shù),占裂縫總數(shù)80%以上是非結(jié)構(gòu)性裂縫。箱梁非結(jié)構(gòu)性開裂的眾多誘因中,梁體濕熱變形受到約束所引起的濕熱應(yīng)力是主要因素。由于目前還沒有一款商用軟件可以對混凝土內(nèi)部的水分散失過程進(jìn)行模擬,因此對于結(jié)構(gòu)失水收縮量的計(jì)算還停留在用經(jīng)驗(yàn)公式估算階段,并且只能算出整體結(jié)構(gòu)的收縮量,無法計(jì)算收縮應(yīng)力在結(jié)構(gòu)的具體分布。已有研究發(fā)現(xiàn)等溫環(huán)境下混凝土內(nèi)部濕度場滿足Fick第二定律,但實(shí)際工程中的橋梁結(jié)構(gòu)處于環(huán)境溫度不斷變化的情況,溫度的高低對水分的散失有很大影響,在對混凝土內(nèi)部濕度場進(jìn)行模擬時必須考慮溫度場的耦合效應(yīng)。因此有必要對混凝土箱梁內(nèi)部濕熱耦合場進(jìn)行研究,從結(jié)構(gòu)溫、濕度的不均勻變化出發(fā),對混凝土箱梁的濕熱應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對箱型梁體非結(jié)構(gòu)性開裂原因的量化分析,有很大的實(shí)用價值和科學(xué)意義。本文以混凝土箱梁結(jié)構(gòu)表面干縮裂紋形成原因作為主要研究對象,根據(jù)現(xiàn)有理論建立了一維混凝土內(nèi)部線性、非線性濕度場數(shù)學(xué)模型,開展了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布對混凝土干燥過程影響分析。分析表明溫度對混凝土濕度擴(kuò)散系數(shù)的影響是劇烈的,當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度超過20℃以后,會使得混凝土濕擴(kuò)散系數(shù)成倍增大,因此溫度的升高會加劇混凝土內(nèi)部水分向外傳遞�？偨Y(jié)了混凝土內(nèi)部水分散失機(jī)理,通過在濕度擴(kuò)散系數(shù)上加入溫度影響函數(shù)的方式建立了濕熱耦合場數(shù)學(xué)模型。推導(dǎo)了顯式、隱式兩種差分格式對混凝土內(nèi)部濕度場及濕熱耦合場控制方程的計(jì)算過程。并基于有限差分理論,在MATLAB程序開發(fā)平臺上編寫了濕度場及耦合場計(jì)算程序,通過與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)及商用有限元軟件計(jì)算結(jié)果的對比分析,驗(yàn)證了自編程序的計(jì)算能力。同時,于在建橋梁上,開展了混凝土箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部濕度、溫度數(shù)據(jù)的采集實(shí)驗(yàn)。測試在了環(huán)境溫、濕度作用下,新澆混凝土不同凝期的濕、熱變化。采用本文分析方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合,進(jìn)一步證明經(jīng)一維簡化后的濕熱耦合控制方程,能夠描述如箱梁這種薄壁結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度分布對混凝土干燥過程的影響。借助已有理論,實(shí)現(xiàn)了混凝土溫、濕度向應(yīng)力的轉(zhuǎn)化,通過編寫的計(jì)算程序,分析了處于不斷變化的環(huán)境溫、濕度下,箱梁腹板混凝土表面干縮應(yīng)力的發(fā)展過程。數(shù)據(jù)顯示,考慮溫度影響后,距表面深度1cm范圍內(nèi)的混凝土濕應(yīng)力,在澆筑后的前15天均處于超出相應(yīng)凝期混凝土抗拉強(qiáng)度的狀態(tài),極容易在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生干縮開裂。
【關(guān)鍵詞】：混凝土箱梁 非線性差分法 濕度場 濕熱耦合 表面干縮裂紋
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U441;U445.71
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 混凝土箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及典型問題10-12
• 1.1.1 箱型截面優(yōu)點(diǎn)10
• 1.1.2 混凝土溫度變化引起開裂10-11
• 1.1.3 混凝土濕度變化引起開裂11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.0 混凝土溫度場及溫度應(yīng)力研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 混凝土濕度場及濕熱耦合機(jī)理研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 混凝土濕熱耦合現(xiàn)象模擬及計(jì)算研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文研究意義及關(guān)鍵問題18-21
• 1.3.1 研究目標(biāo)及研究意義18
• 1.3.2 研究過程中的關(guān)鍵問題18-21
• 第二章 混凝土濕、熱傳導(dǎo)機(jī)理及數(shù)學(xué)模型21-32
• 2.1 混凝土材料導(dǎo)熱機(jī)理及數(shù)學(xué)模型21-22
• 2.2 混凝土材料等溫干燥機(jī)理及數(shù)學(xué)模型22-26
• 2.2.1 混凝土材料濕度場控制方程23-24
• 2.2.2 混凝土材料非線性濕度場24-25
• 2.2.3 混凝土材料線性濕度場25-26
• 2.3 混凝土材料濕熱耦合機(jī)理及數(shù)學(xué)模型26-28
• 2.3.1 混凝土材料濕熱耦合機(jī)理26-27
• 2.3.2 混凝土材料濕熱耦合數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.4 混凝土材料濕、熱傳輸定解條件28-31
• 2.4.1 初始條件28-29
• 2.4.2 邊界條件29-30
• 2.4.3 濕、熱交換系數(shù)的確定方法30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 基于有限差分法的混凝土內(nèi)部濕度場計(jì)算理論32-43
• 3.1 有限差分法32-35
• 3.1.1 差分概念與差分形式32-33
• 3.1.2 瞬態(tài)問題的兩種差分格式33-35
• 3.2 線性濕度場差分計(jì)算理論35-39
• 3.2.1 顯式差分格式線性濕度場計(jì)算方法36-38
• 3.2.2 隱式差分格式線性濕度場計(jì)算方法38-39
• 3.3 非線性濕度場差分計(jì)算理論39-42
• 3.3.1 顯式差分格式非線性濕度場計(jì)算方法40-41
• 3.3.2 隱式差分格式非線性濕度場計(jì)算方法41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 混凝土濕度場計(jì)算程序編寫及驗(yàn)證分析43-62
• 4.1 混凝土濕度場計(jì)算程序43-49
• 4.1.1 混凝土自干燥速率計(jì)算程序43-44
• 4.1.2 顯式差分法計(jì)算程序44-45
• 4.1.3 隱式差分法計(jì)算程序45-49
• 4.2 ADINA軟件模擬等溫條件下的濕度場49-51
• 4.2.1 ADINA軟件介紹49
• 4.2.2 ADINA-Thermal模塊模擬混凝土內(nèi)部等溫干燥49-51
• 4.3 線性濕度場算例分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-56
• 4.3.1 混凝土等溫干燥實(shí)驗(yàn)51-52
• 4.3.2 計(jì)算模擬52-53
• 4.3.3 線性問題數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)及對比分析53-56
• 4.4 非線性濕度場算例分析56-61
• 4.4.1 計(jì)算模擬56-58
• 4.4.2 非線性問題數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)及對比分析58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 箱梁濕熱耦合計(jì)算及橋梁溫濕度測試實(shí)驗(yàn)62-73
• 5.1 濕熱耦合計(jì)算程序62-64
• 5.2 施工現(xiàn)場溫、濕度實(shí)測實(shí)驗(yàn)64-70
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x64
• 5.2.2 混凝土溫度、濕度測試儀器64-66
• 5.2.3 實(shí)際橋梁測溫、濕度測試方案66-68
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)成果68-69
• 5.2.5 濕熱耦合模擬計(jì)算69-70
• 5.3 數(shù)據(jù)對比分析70-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 濕熱耦合應(yīng)力計(jì)算73-91
• 6.1 混凝土濕、熱應(yīng)力計(jì)算理論73-74
• 6.2 濕度場-溫度場-結(jié)構(gòu)場耦合算例74-87
• 6.2.1 濕熱耦合計(jì)算分析75-80
• 6.2.2 濕熱耦合下應(yīng)力計(jì)算及結(jié)果分析80-87
• 6.3 針對混凝土箱梁濕熱耦合引起開裂問題的處理方法87-89
• 6.3.1 避免溫度裂縫的方法87-88
• 6.3.2 避免濕度裂縫的方法88-89
• 6.4 本章小結(jié)89-91
• 第七章 結(jié)論與展望91-94
• 7.1 本文主要工作和結(jié)論91-92
• 7.2 后續(xù)研究展望92-94
• 致謝94-95
• 參考文獻(xiàn)95-98
• 附錄98-113
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果113
• 一、攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文113
• 二、攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目及取得的成果113

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8 高翔;劉偉;陳海勝;黃克謹(jǐn);王，

本文編號：789385