混凝土環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)的研究及其改進(jìn).pdf

1、如何防止混凝土結(jié)構(gòu)物開裂，提高混凝土結(jié)構(gòu)物自身的抗裂性能是現(xiàn)代水泥混凝土技術(shù)工程中的一項(xiàng)重大課題。想要提高混凝土結(jié)構(gòu)物的抗裂性能，就必須對影響混凝土抗裂性能的各種因素進(jìn)行研究。因此，良好的試驗(yàn)和研究方法是提高混凝土結(jié)構(gòu)物抗裂性能的前提。在眾多研究混凝土抗裂性能的方法中，環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)方法是應(yīng)用比較廣泛的一種。但是，此種方法也存在試件開裂位置發(fā)散性的問題。為了解決上述問題，本文提出了一種改進(jìn)的環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)方法。為了加深人們對

2、環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)的理解和論證改進(jìn)型環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)的可行性,并為改進(jìn)型環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供依據(jù),本文開展了如下工作并等到了如下結(jié)論：
　?。?）本文首先對有關(guān)混凝土干燥收縮、相對濕度擴(kuò)散的文獻(xiàn)進(jìn)行了充分的研究，根據(jù)環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)的實(shí)際情況，確定了本文中的濕度場控制方程、應(yīng)力場中的物理方程、幾何方程、平衡方程以相對濕度擴(kuò)散系數(shù)、混凝土表面水分交換系數(shù)、混凝土力學(xué)性能的彈性模量等相關(guān)系數(shù)。
　?。?）根據(jù)混

3、凝土環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)的實(shí)際情況，在ANSYS單元庫中，選擇了用于有限元分析的單元類型。又根據(jù)迦遼金法和虛功原理推倒出了濕度場有限元公式和應(yīng)力場有限元公式，建立了數(shù)值模擬分析所要用到的數(shù)值模型。
　?。?）利用ANSYS有限元軟件數(shù)值模擬分析了環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)中混凝土試件的相對濕度分布和第一主應(yīng)力分布情況。研究結(jié)果表明:在環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)中，混凝土試件中的相對濕度最小值和第一主應(yīng)力最大值都位于混凝土試件的外邊緣。隨著徑向

4、距離的減小，混凝土試件中的相對濕度值逐漸增大，而第一主應(yīng)力值逐漸減小，到達(dá)混凝土試件內(nèi)邊緣時，混凝土相對濕度達(dá)到最大值，第一主應(yīng)力達(dá)到最小值。隨著時間的延長，在相同位置處的相對濕度值逐漸的減小，第一主應(yīng)力逐漸的增大。在距混凝土試件外邊緣相同距離處，混凝土試件的第一主應(yīng)力相等。這說明，在應(yīng)用環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)測試混凝土抗裂性能時，試件的開裂位置是無法確定的，嚴(yán)重影響開裂時間和抗裂寬度等參數(shù)的測量，對試驗(yàn)的準(zhǔn)確性造成了影響。
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5、4)利用ANSYS有限元軟件數(shù)值模擬分析了混凝土強(qiáng)度等級、鋼環(huán)彈性模量、鋼環(huán)尺寸對環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)中的混凝土試件的相對濕度分布和第一主應(yīng)力分布的影響。研究結(jié)果表明：在環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)中，隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，混凝土相對濕度擴(kuò)散作用減弱，混凝土試件中的第一主應(yīng)力最大值增大；隨著鋼環(huán)彈性模量的提高和尺寸的增大，混凝土試件中的第一主應(yīng)力增大。因此，在環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)中，盡量提高鋼環(huán)的彈性模量和尺寸對測試混凝土的抗裂性能有利。<

6、br>　　（5）利用ANSYS有限元軟件數(shù)值模擬分析了改進(jìn)型環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)中混凝土試件的相對濕度分布和第一主應(yīng)力分布。數(shù)值分析結(jié)果表明：混凝土試件同一橫截面上的相對濕度最小值和第一主應(yīng)力最大值都位于混凝土試件的外邊緣。沿著混凝土試件的外邊緣，從混凝土試件最小橫截面到最大橫截面，在距外邊緣相同距離的點(diǎn)上，混凝土試件的相對濕度逐漸增大，第一主應(yīng)力逐漸減小。在整個混凝土試件上，混凝土試件相對濕度最小值和第一主應(yīng)力最大值都位于最小橫截面的

7、外邊緣。而且，隨著偏心距的增大，上述相對濕度和第一主應(yīng)力分布規(guī)律會越來越明顯。因此，在利用改進(jìn)型環(huán)式約束開裂試驗(yàn)時，混凝土試件一定會首先在橫截面最小處開裂。這說明，通過讓混凝土圓環(huán)試件所圍成的圓心和鋼圓環(huán)所圍成的圓心產(chǎn)生一定的偏心距來在混凝土試件中制造一個薄弱位置，從而引導(dǎo)混凝土試件產(chǎn)生裂縫的位置，解決環(huán)式約束收縮開裂試驗(yàn)的缺點(diǎn)是可行的，而且，隨著偏心距的增大，對混凝土試件開裂位置的引導(dǎo)作用會越要越強(qiáng)烈。
　?。?）利用ANSYS