基于细观力学理论的混凝土早期裂缝形成机理
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摘要
混凝土裂缝一直以来是土木工程中为人们所关注的问题，然而国内外对早期裂缝的研究并不多，早期裂缝对宏观裂缝的出现、发展有着重要的影响，只有掌握早期混凝土性能的出现规律并采取相应措施，才能保证混凝土工程的长期质量。本课题着重研究混凝土早期收缩裂缝这一主题，从形成机理、工程现状、理论探索三个方面对这一当前亟待解决的课题进行了深入广泛的剖析，针对不均匀收缩是混凝土早期致裂的主要原因进行研究。混凝土早期裂缝建立了很多理论模型，众所周知，数值方法是具体问题具体分析，不能得到解析解；细观平均场理论在预测刚度性质方面能得到理想的结果，并能给出各相均匀应力与微结构参数的解析关系式，然而在强度分析方面精度不够。本文先由细观平均场理论考虑夹杂(骨料)之间的相互作用，得出的砂浆应力作为弹性模型的外场力，再由弹性力学方法得出骨料周围的力学场分布，依此结果判断早期裂缝的产生。
本文采用细观力学平均场理论与弹性理论基本解结合来研究混凝土的微结构和性能之间的关系，首先用自洽方法，建立预报该混凝土宏观性能的细观力学模型，计算出夹杂之间的相互作用后，采用弹性理论的双筒模型，以自洽法计算所得结果作为弹性模型的外场受力，定量计算细观模型的各相应力应变及局部最大应力应变，判断早期裂缝产生的原因；并以混凝土中骨料的体积分数及两者弹性模量比为变化参数，建立以细观力学平均场为基础的判定混凝土早龄裂缝出现的判别依据。
同时，在细观层次上把混凝土看作是由粗骨料、水泥砂浆基体所组成的两相均质复合材料，应用有限元软件ANSYS进行混凝土单元块受均布剪力和单轴拉伸时破坏过程的数值模拟，并将有限元计算结果与混凝土早期裂缝判定依据的计算结果进行了比较，据此验证出混凝土早期裂缝破坏判定依据的精确性较高，在工程上具有较强的实用性。
Concrete crack has always been a focus of attention, but study on early crack isnot done enough, only when we grasp the regulation of early crack and carry outcorresponding measurement, quality of concrete building will be satisfying.thispaper analysis concrete early crack from three aspects: forming mechanism,engineering status and theory. it research early crack aiming at uneven shrinkage.There have been built a lot of models of early crack, as we all know, numericaltechnique can only analyze specific matters while average-field theory ofmesomechanics are not precise. methods both average-field theory and numericaltechnique were conducted in this paper.
First, it build a theory module of early crack on the base of self-consistencytheory, forecast macro-properties,strain and stress of each phase can be get withself-consistency result as its outside force,it build judge criterion about early crackappearing on the basis of mean-field theory.
the concrete was regarded as the composite of coarse aggregates andmortar, after calculating the main strain and stress with Ansys, comparing the resultwith the one which is calculated basing on concrete early judge criterion, it was surethat the judge criterion was accuracy enough to satisfied construction requirement.
本文采用细观力学平均场理论与弹性理论基本解结合来研究混凝土的微结构和性能之间的关系，首先用自洽方法，建立预报该混凝土宏观性能的细观力学模型，计算出夹杂之间的相互作用后，采用弹性理论的双筒模型，以自洽法计算所得结果作为弹性模型的外场受力，定量计算细观模型的各相应力应变及局部最大应力应变，判断早期裂缝产生的原因；并以混凝土中骨料的体积分数及两者弹性模量比为变化参数，建立以细观力学平均场为基础的判定混凝土早龄裂缝出现的判别依据。
同时，在细观层次上把混凝土看作是由粗骨料、水泥砂浆基体所组成的两相均质复合材料，应用有限元软件ANSYS进行混凝土单元块受均布剪力和单轴拉伸时破坏过程的数值模拟，并将有限元计算结果与混凝土早期裂缝判定依据的计算结果进行了比较，据此验证出混凝土早期裂缝破坏判定依据的精确性较高，在工程上具有较强的实用性。
Concrete crack has always been a focus of attention, but study on early crack isnot done enough, only when we grasp the regulation of early crack and carry outcorresponding measurement, quality of concrete building will be satisfying.thispaper analysis concrete early crack from three aspects: forming mechanism,engineering status and theory. it research early crack aiming at uneven shrinkage.There have been built a lot of models of early crack, as we all know, numericaltechnique can only analyze specific matters while average-field theory ofmesomechanics are not precise. methods both average-field theory and numericaltechnique were conducted in this paper.
First, it build a theory module of early crack on the base of self-consistencytheory, forecast macro-properties,strain and stress of each phase can be get withself-consistency result as its outside force,it build judge criterion about early crackappearing on the basis of mean-field theory.
the concrete was regarded as the composite of coarse aggregates andmortar, after calculating the main strain and stress with Ansys, comparing the resultwith the one which is calculated basing on concrete early judge criterion, it was surethat the judge criterion was accuracy enough to satisfied construction requirement.
引文
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[2] 寿德根．混凝土工程早期裂缝及其亟待解决的问题．施工技术(增刊)，2005，34：16～18
[3] 朱耀台．早期裂缝的实验研究和收缩应力的理论建模．2002级浙江大学硕士论文：3，15～16
[4] 王如寅．混凝土早期裂缝的成因及防治．甘肃水利水电技术，2003，39(1)：58
[5] 王韶光，尚军雷，范斌．混凝土裂缝的成因及预防措施．2006，32(8)：104
[1] 朱耀台．早期裂缝的实验研究和收缩应力的理论建模．2002级浙江大学硕士论文：12-15
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[3] 过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析。清华大学出版社。2004：8-9
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[7] 徐秉业，刘信声．应用弹塑性力学．清华大学出版社．2002：50
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