多因素作用下的大体积混凝土裂缝产生原因及控制机理研究

摘要

大体积混凝土作为高层、超高层建筑所采用的大型基础之一，已经成为当今必不可少的工程施工项目。虽然在其施工技术、理论研究方面不断的在创新与发展，但是大体积混凝土作为大型的复杂结构，在其裂缝控制方面仍有许多尚未解决的技术难题。
　　在建筑工程领域中，作为高层、超高层建筑的大型基础，多数是筏板基础。这种基础因其底板厚度及面积比较大，在浇筑完成后会由于各种不确定因素而产生裂缝，其中温度裂缝最为常见，也最为严重。所以对应其底板大体积混凝土温度裂缝的控制问题现已成为建筑工程领域所研究重点。
　　大体积混凝土温度裂缝的产生是温度应力作用的结果，而温度应力的大小是由多因素影响下的，如水泥的水化热、外界温度、弹性模量、收缩变形等。不同条件下混凝土结构底板会产生不均匀的温度应力，当应力值逐渐加大，一旦超过混凝土极限拉应力，大体积混凝土结构基础底板就会由于受力不均产生温度裂缝，危害混凝土结构。
　　本文结合具体工程，对基础底板大体积混凝土的研究主要有以下几个方面:
　　(1)在查阅大量文献资料的基础上，对大体积混凝土结构内部温度应力和温度裂缝作分析研究。并总结该工程领域中的近年来国内外的发展现状及今后的发展趋势。
　　(2)分析了大体积混凝土的温度裂缝产生的机理，以及从混凝土自身和其他各方面出发分析了影响大体积混凝土温度裂缝的主要因素。
　　(3)对有限元仿真模拟的理论基础做详细介绍，利用温度场理论在对结构进行温度场分析的基础上进行温度应力场的模拟分析，实现温度—应力的耦合。
　　(4)介绍ANSYS有限元软件的耦合场分析方法，重点介绍了耦合场理论中温度-应力的耦合。
　　(5)结合具体工程实例，对大体积混凝土筏板基础的温度应力场的耦合作具体模拟计算，得出总结，分析仿真结果。并根据对温度应力影响下的结构应变位移进行模拟，并从模拟的结果中分析温度裂缝的产生及控制。

目录

声明

摘要

1．1 问题的提出及研究背景

1．1．1 引言

1．1．2 大体积混凝土的定义

1．1．3 大体积混凝土温度裂缝的产生

1．2 大体积混凝土裂缝控制的研究现状

1．2．1 大体积混凝土裂缝控制的国外研究现状

1．2．2 大体积混凝土裂缝控制的国内研究现状

1．3 本文的主要工作

2 大体积混凝土温度裂缝机理分析

2．1 大体积混凝土的特点

2．2 大体积混凝土温度裂缝产生机理

2．2．1 大体积混凝土温度裂缝分类

2．2．2 大体积混凝土温度裂缝产生的本质

2．3 大体积混凝土温度裂缝影响因素

2．3．1 水泥水化热是大体积混凝土产生温度裂缝的主要因素

2．3．2 环境温度的影响

2．3．3 约束条件

2．3．4 混凝土收缩变形

3 有限元数值仿真模拟分析理论基础

3．1 温度场的概念

3．2 大体积混凝土热传导原理及微分方程推导

3．3 初始条件及边界条件

3．3．1 初始及边界条件的定义

3．3．2 第三类边界条件近似处理

3．4 温度场的分析与求解方法

3．4．1 温度场分析方法综述

3．4．2 不稳定温度场的有限单元法及其原理

3．4．3 有限元瞬态温度场的显式解法

3．4．4 有限元瞬态温度场的隐式解法

3．5 本章小结

4 考虑多因素的热弹塑性有限元及耦合场的分析

4．1 主要影响因素

4．1．1 弹性模量

4．1．2 混凝土徐变

4．1．3 干缩

4．2 热弹塑性有限元分析

4．2．1 混凝土热弹塑性本构模型

4．2．2 温度应力的有限元分析

4．3 ANSYS耦合场分析

4．3．1 耦合场分析的简介

4．3．2 间接耦合场的分析

4．3．3 温度-应力分析

5 合肥置地广场C座筏板基础耦合场作用下的温度应力仿真模拟

5．1 工程概况

5．2 大体积混凝土浇筑温度及养护条件

5．3 ANSYS有限元分析的主要步骤

5．4 有限元仿真计算

5．4．1 有限元模型的建立

5．4．2 相关参数的选择

5．4．3 初始及边界条件

5．5 筏基底板耦合场作用下温度应力模拟分析及结果分析

5．6 本章小结

6 温度应力影响下的结构位移模拟及裂缝控制分析

6．1 筏基底板水平X方向位移模拟分析

6．2 筏基底板垂直Y方向位移模拟分析

6．3 筏基底板整体位移模拟分析

6．4 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果