不同应变速率下高强混凝土裂缝数值分析.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 3年第 2期( 总第 1 7 6期 ) 不同应变速率下高强混凝土裂缝数值分析 刘 录良 ( 河北工业大学土木工程学院 。 天津3 0 0 4 0 1 ) 【 摘要】 基于C 5 0混凝土在不同应变速率下的单轴抗压试验结果， 利用A N S Y S 软件中的S o l i d 6 5 单元建立 混凝土试件的有限元计算模型， 较真实的模拟混凝土在四种不同应变速率下由开裂到破坏的变化情况， 通过程序 计算得出混凝土试件的裂缝发展图和混凝土试件的破坏形态 ， 探究混凝土的破坏机理， 为进一步研究混凝土的力 学性能提供设计理论依据。 【 关键词】 混凝土； 应变速率； 有限元分析 ； A N S Y S 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 0 6 0 3 NUM ERI CAL S I MULATI oN oF HI GH S T RENGTH CONCRE I E CRACK UNDER D F ERE NT S T RAI N RAT E LI U L u l i a n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i ， H e b e i U n i v o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e s i n g l e a x i s a n t i p r e s s u r e t e s t r e s u l t s o f C 5 0 c o n c r e t e u n d e r d i ff e r e n t s t r a i n r a t e ，b y u s i n g So l i d 6 5 un i t o f ANS YS fin i t e e l e me n t p r o g r a m ，fin i t e e l e me n t c a l c u l a t i o n mo d e l o f c o n - c r e t e s p e c i me n i s e s t a b l i s h e d T h e e v o l u t i o n o f c r a c k p a t t e r n s a n d f a i l u r e mo d e o f c o n c r e t e a r e i n v e s t i g a t e d C r a c k d e v e l o p me n t a n d f a i l u r e mo d e s o f c o n c r e t e s p e c i me n i s e s t a b l i s h e d t h r o u g h the p r o g r a m c a l c u l a t e s t o e x p l o r e t h e me c h a n i s m o f c o n c r e t e d e s t r u c t i o n T h i s p a p e r c a n p r o v i d e f u r t h e r r e s e a r c h a n d d e - s i g n the o r y o f c o n c r e t e o n me c h a n i c a l p r o p e rt i e s Ke y wo r ds： c o nc r e t e； s tra i n r a t e； fi ni t e e l e me n t a n a l y s i s ； ANS YS 混凝土在实际工程中得到了广泛应用， 例如； 用 混凝土建成的水坝和路面； 用钢筋混凝土建造的房 屋， 桥梁， 海洋石油平台， 核电站安全壳等等； 在这些 结构 的设计和研究 中 ， 有 限元方法得到 了越来越 多的 应用 。1 9 6 7年 N g o和 S c o r c l e l i 最早把有 限元方法用于 混凝土结构的分析， 至今混凝土的数值计算方法得到 了快速的发展 ， 混凝土的开裂， 混凝土的非线性多轴 应力应变关系， 钢筋与混凝土之间的相互作用等比较 复杂的因素都可以用有限元方法进行分析， 通过数值 模拟可以大大减少试验工作量， 在模拟混凝土的内部 断裂， 界面破坏等问题上能够清楚的得到混凝土内部 微裂缝的发展过程， 可以更好的揭示问题的内在机理。 文中利用 A N S Y S软件分析 C 5 0混凝土在应变速 率为 1 X 1 0 一 s 、 1 X 1 0 s 、 11 0 s 、 11 0 s ( 相 当于 8 m m 6 O O s 、 8 m m 6 0 s 、 8 m m 6 s 、 8 m m O 6 s ) 不同应 变速率下的裂缝变形特性， 取 1 1 0 s 为准静态应 变率 。 1 有限元模 型建立与网格划分 文中有 限元分析采用的试件为 7 0 ra m X 7 0 m m X 2 0 0 ra m的棱柱体。A N S Y S主要提供了三种网格划分 方式 ： 自由网格 划分 ( F r e e ) ， 映射 网格划分 ( M a p p e d ) 和扫略网格划分( S w e e p ) ， 自由网格划分( F r e e ) 对于 复杂形状边界采用此种方法， 优点是用于划分形状不 规则 区域， 缺 点 是 分 析 精 度 低。映射 网格 划 分 ( Ma p p e d ) 分析精度高， 但是对划分区域要求高， 划分 区域必须具有一定的拓扑条件。因为采用 自由网格 划分容易导致 A N S Y S 计算不收敛， 而映射网格划分分 析精度高， 划分单元数量可多可少， 不会产生畸变单 元， 并且在 A N S Y S求解过程中映射网格划分比自由网 格划分操作简单， 所以文中研究的混凝土模型采用映 射网格划分。混凝土有限元模型采用映射网格划分 共有2 7个 S o l i d 6 5单元， 试件的单元划分如图 1 所示。 2 计算过程 在实体建模过程中， 为取得可靠计算结果， 须保 证位移和力学边界条件是正确的， 混凝土试件加载时 底部为固定支座， 顶部为均布荷载面。为消除计算 中 的应力奇异现象， 可以在试件的约束支座处或者是集 中力处加刚性垫块， 可以采用 S o l i d 4 5单元模拟垫块 ， 8 低温建筑技术 2 0 1 3年第 2 期( 总第 1 7 6 期) 氯离子对海排粉煤灰石灰土性能影响 郭抗美 ， 郭广雨 ， 刘 向磊 ( 1 河北工业大学土木T程学院， 天津3 0 0 4 0 1 ； 2 河北省土木 1- 程技术研究中心 天津3 0 0 4 0 1 ) 【 摘要】 粉煤灰作为一种工业废料在道路建设中得到广泛的应用， 尤其是在提倡“ 节能减排” 理念的今天， 粉煤灰的应用能带来极大的经济与社会效益。海排粉煤灰与石灰粉煤灰相比， 最大的区别就是其中含有大量的 氯离子。了解有关氯离子对粉煤灰石灰土性能的影响的理论研究。然后通过试验的方法来得出氯离子对海排粉 煤灰石灰土的强度和抗冻性的影响。结果表明， 含有适量氯离子的海排粉煤灰是能够应用于道路建设中的。 【 关键词】 海排粉煤灰； 氯离子； 强度 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 7 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 0 8 0 3 RES E ARCH ON THE I NF LUENCE oF T HE CHLoI UDE I oN TO P ERF oRM ANCE OF THE LI M E AND F LY- AS H- FL US HED- BY S EAW ATE R S TABI LI ZE D S oI L GUO Ka n g me i ，GUO Gu a n g y u ，LI U Xi a n g l e i ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i ，H e b e i U n i v o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ； 2 C i v i l E n g i T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r o f H e b e i P r o v i n c e ，T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F l y a s h h a s b e e n mo r e w i d e l y u s e d i n roa d c o n s t r u c t i o n a s a n i n d u s t r i al w a s t e ，e s p e c i a l l y i n t he p r o mo t i o n o f“e n e r g y s a v i n g”t o d a y T h e a p p l i c a t i o n o f fly a s h c a n b rin g g r e a t e c o n o mi c a nd s o c i a l b e n e fi t s T h e b i g g e s t d i f f e r e n c e b e t we e n fl y - a s h fl u s h e d - b y s e a wa t e r a n d fl y a s h i s tha t i t c o n t a i n s a l a r g e q u a n t i t y o f c h l o ri d e i o n F i r s tl y we k n o w a b o u t the c h l o rin e i o n e ff e c t the p e rf o r ma n c e o f fl y a s h fl u s h e d b y s e a wa t e r f r o m t h e the o r e t i c a l s t u d y Th r o u g h t he e x p e r i me n t al me tho ds t o d r a w the c h l o rin e i o n a ffe c t t h e s t r e n g t h of fl y a s h fl u s h e d by s e a wa t e r a n d f r o s t r e s i s t a n c e Th e r e s u l t s s h o w tha t the fly a s h flu s h e d b y s e a wa t e r wh i c h c o n t a i n a p p r o p ri a t e c h l o r i d e i o n c a n b e u s e d i n roa d c o n s t r u c t i o n Ke y wo r d s ： fl y a s h fl u s h e d b y s e a w a t e r ； c h l o ri d e i o n； s tr e n g t h 南港工业区是天津市“ 双城双港” 城市空间发展 战略规划的重要组成部分。南港工业 区规划建设的 0 00 0o o o oo OO OO O 0 OO Oo O O OO OO OO OO 0o Oo O o O0 OO OO o O OO OO O O Oo OO o O Oo Oo OO O0 oO O O oO OO OO Oo Oo OO 0 0 OO OO O O OO 00 O 的速度也会有很大提高， 混凝土裂缝面上的骨料被裂 缝穿过的概率增大， 使得混凝土内部裂缝减少， 裂缝 减少会引起混凝土的切线模量增加 。 4结语 ( 1 ) 随着应变速率 的增长， 混凝土材料裂缝扩 展贯通 的速度更迅速。 ( 2 ) 随着应变速率 的增长， 混凝土裂缝面上的 骨料被裂缝穿过的概率增大。这是引起混凝土强度 提高的原因之一， 对研究不同应变速率对混凝土破坏 模式的影响具有重要意义。 参考文献 1 孙吉书， 窦远明， 周戟， 李波 应变速率对混凝土抗压特性影 响的试验研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 。 ( 5 ) ： 1 3 司炳君， 孙治国 利用 A N S Y S模拟桥墩滞回性能的建模方法 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 7 ， ( 6 ) ： 7 6 7 8 RAGUENEAU， GAT UI NGT I n e l a s t i c b e h a v i o r mo d e l i n g o f c o n c r e t e i n l o w a n d h i g I s t r a i n r a t e d y n a m i c s J C o m p u t e r s a n d S t r u c t u r e s ，2 0 0 3，81：1 28 71 2 9 9 CADONI ，L ABI BES Hi s h s t r a i nr a t e t e n s i l e be h a v i o r o f c o n c r e t e J M a g a z i n e o f C o n c re t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 5 2 ( 5 ) ： 3 6 5 ROS S I PT0U TL EMONDE Eff ec t o f l o a d i n g r a t e o n t h e t e n s i l e beh a v i o r of c o n c r e t e ： d e s c ri p t i o n o f t h e p h y s i c a l m e c h a n i s m s J Ma t e r i als a n d S t r u c t u res 。1 9 96，2 9：l l 6一l l 8 同东明 混凝土动态力学性能试验与理论研究 D 大连： 大 连理工大学 ， 2 0 0 6 【 收稿 日 期 2 0 1 2 1 1 0 6 【 作者简介 刘录 良( 1 9 8 7一) ， 男 ， 河北邢 台人 ， 硕 士， 研 究方 向： 工程结构设计理论 ， 结构抗 震与防灾减灾 。 1 J 1 J 1 J 1J 1 J