基于混凝土干缩试验及数值模拟的现浇楼板裂缝控制研究

摘要

钢筋混凝土现浇楼板裂缝问题一直为建设单位、施工单位以及广大业主所关注和困扰，对建筑行业的整体形象有直接的影响，因此对钢筋混凝土结构楼板裂缝的形成原因及防治措施进行研究具有一定的社会意义和经济价值。混凝土干缩是混凝土形成非荷载裂缝一个重要因素，本文基于试验研究和数值模拟探索混凝土干缩规律，并从设计、施工及材料方面对楼板裂缝防治给出措施，为工程实践提供参考。本文的主要研究内容包括：
　　①设计制作了70组混凝土干燥收缩试件，在特制的干燥收缩试验室进行养护，测试0~120d的收缩应变及抗压强度值。
　　②根据试验结果探索混凝土收缩规律，得到了大掺量粉煤灰和不同水胶比、不同粉煤灰及外加剂掺量对混凝土干缩及抗压强度的影响。在试验的基础上优化了混凝土配合比，在保证力学性能的同时，减小混凝土的干燥收缩值。
　　③对比分析国内外几种典型的干缩预测模型的基础上，给出了适合此次掺入粉煤灰混凝土的干缩预测试验模型，并验证其精确性及均衡性。
　　④通过采用ANSYS热分析模块中求解温度场的方法求解湿度场，并对湿度场与应变场进行耦合分析，模拟混凝土干燥收缩，通过对比计算值与试验值，验证了该数值模拟方法的可行性。
　　⑤利用上述数值模拟的方法对现浇混凝土楼板的干缩过程进行数值模拟，得出混凝土强度等级、楼板板厚、环境湿度、约束及配筋对其主应力分布的影响。并基于此给出了减小因混凝土干缩引起板角斜裂缝的控制措施。

目录

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 混凝土干燥收缩

1.3 影响混凝土干燥收缩的主要因素

1.4 混凝土结构收缩研究现状

1.5 本文研究内容

2 混凝土干燥收缩及裂缝防治理论

2.1 混凝土收缩与开裂的关系

2.2 混凝土结构中常见的收缩裂缝

2.3 钢筋混凝土楼板裂缝的主要特征

2.4 钢筋混凝土楼板裂缝的成因

2.5 钢筋混凝土楼板裂缝防治措施

3 混凝土干燥收缩变形试验研究

3.1 研究目的及意义

3.2 试验原材料

3.3 试验方案

3.4 试验方法

3.5 混凝土干燥收缩试验研究结果分析

3.6 本章小结

4 混凝土干燥收缩预测模型

4.1 国内外干缩预测模型

4.2 干燥收缩预测模型比较分析

4.3 干燥收缩预测模型计算值与试验值对比

4.4 考虑粉煤灰的干燥收缩预测模型

4.5 本章小结

5 混凝土干燥收缩数值模拟

5.1 混凝土湿度场

5.2 混凝土内部湿度场控制方程

5.3 初始条件与边界条件

5.4 湿度场模拟的重要参数

5.5 混凝土湿度场的数值求解

5.6 混凝土湿度场的有限元数值模拟

5.7 湿度场单元选择与网格划分

5.8 湿度场有限元模拟

5.9 干燥收缩的有限元数值模拟

5.10 湿度场和应变场的耦合分析

5.11 收缩应变与湿度的关系

5.12 数值模拟结果与验证

5.13 本章小结

6 钢筋混凝土楼板干缩数值模拟及裂缝防治

6.1 钢筋混凝土楼板干燥收缩数值模拟

6.2 板角斜裂缝成因分析

6.3 板角斜裂缝防治措施

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 研究工作展望

致谢

参考文献