混凝土冻融循环的数值模拟研究

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当今建筑中使用最多的建筑材料是混凝土,由于混凝土结构长期暴露在室外,随着时间的增加,在自然环境、使用环境及材料的内部因素共同作用下,结构的性能会逐渐退化并随之出现各种各样的耐久性损伤,耐久性问题已经成为土木工程界备受关注的重点。而我国冬季天气寒冷,使得大部分的混凝土结构都遭受着不同程度的冻融循环的破坏,长期的冻融循环作用可导致混凝土表面产生严重的剥落,进而将内部的钢筋暴露出来,使得其逐步锈蚀破坏,直接导致结构承载力严重下降,对人民的生命财产安全有着很大的威胁,由冻融引起的混凝土的耐久性损伤问题是不容忽视的。基于此,论文以混凝土的质量损失率及强度损失率作为评判混凝土冻融损伤的重要指标,在试验的基础上采用ABAQUS有限元分析软件对冻融试验进行数值模拟,探讨冻融循环次数对各强度的混凝土的影响以及不同强度等级的混凝土抗冻性能的差别。论文依托于河北省建设集团安徽分公司工程项目中对局部混凝土经受冻融循环后出现的强度下降及质量损失等问题,进行了相关的试验及数值模拟研究。先对该工程中使用的三种强度等级的混凝土,进行快速冻融试验,通过对试验数据的分析比较,研究冻融循环对混凝土性能的影响。进而以试验试块为研究对象,即模型采用圆柱试样(Φ100×50mm),首先对试块进行抗压试验的数值模拟,得出应力随时间增长的曲线;第二,对试块进行温度场的数值模拟,得出温度变化的曲线;第三,进行热应力顺序耦合的数值模拟,根据计算结果分析应力、应变及强度损失的规律;第四,对受冻后的混凝土进行抗压试验的模拟,得出压力随时间增长的曲线,以此来判断受冻后混凝土能承受的最大压力;通过数值模拟结果与试验结果的对比,验证了数值模拟混凝土冻融损伤的可行性,同时也为工程实际中出现的混凝土冻融损伤问题提供一种新的研究方法和理论指导。分析结果表明:1.相同强度等级的混凝土随着冻融循环次数的增加,强度损失及质量损失均会明显增加,外观的破坏程度也明显增加;2.相同冻融循环次数下,强度越大,混凝土的抗冻性能越强,强度损失率和质量损失率越小,且破坏速度也减小。3.数值模拟结果与试验结果基本吻合,验证了运用ABQOUS有限元模拟冻融损伤过程的可行性及模拟方法的正确性,该模拟方法可弥补实验方法的缺陷,为混凝土冻融损伤分析提供了一种新的思路。
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