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构造钢筋对明挖地铁车站混凝土侧墙早期温度应力场的作用—数值模拟与分析

作　者: 陈延卓
导　师: 项彦勇
学　校: 北京交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 温度场温度应力场构造钢筋
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

混凝土硬化早期,由于温度应力的作用会使结构体出现裂缝。在设计、施工中,长期以来根据经验总结了构造钢筋“细、密、外”的布置原则。为了研究构造钢筋对混凝土侧墙早期温度应力的影响,采用有限元分析软件ANSYS对深圳某明挖地铁车站的侧墙进行数值模拟,分析构造钢筋对混凝土硬化早期产生的温度场和温度应力场的影响。研究着眼于构造钢筋对于混凝土早期温度场和温度应力场的影响。通过比较是否考虑构造钢筋作用的混凝土单元早期温度场和温度应力场的模拟分析结果,论证构造钢筋有利于降低混凝土单元早期温度应力,有助于防止混凝土因为温度应力而开裂。采用3-D模型,运用与温度及反应程度有关的水化热函数,对混凝土单元进行数值模拟,得到混凝土硬化早期的温度场分布。然后以此为温度载荷施加在结构上得出温度应力场模拟结果。热分析中将钢筋和混凝土节点耦合传热;后期结构分析中在钢筋和混凝土节点之间添加纵向弹簧,用以模拟钢筋和混凝土之间的力学作用。结果表明考虑构造钢筋对于防止混凝土早期温度裂缝是有效的。通过四种不同直径、不同间距、不同位置布置构造钢筋的工况,模拟混凝土早期温度场、温度应力场。结果表明在同样的约束和边界条件下,小直径、小间距、靠外侧的布置方式能够最有效的降低混凝土单元早期的温度应力,有效的防止混凝土温度裂缝的产生和发展。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-18
  1.1 问题的提出和意义  10-11
  1.2 明挖地铁车站侧墙裂缝的成因及其特点  11-12
    1.2.1 侧墙裂缝的成因  11-12
    1.2.2 侧墙裂缝的特点  12
  1.3 国内、外的研究现状  12-15
    1.3.1 国外关于混凝土结构温度场与应力场的研究  12-13
    1.3.2 国内关于混凝土结构温度场与应力场的研究  13-15
  1.4 主要研究内容和分析思路  15-18
    1.4.1 主要内容  15
    1.4.2 分析思路  15-18
2 明挖地铁车站侧墙温度场分析  18-36
  2.1 混凝土结构的温度场求解方法  18-19
  2.2 瞬态温度场的有限元解  19-24
    2.2.1 导热微分方程  19
    2.2.2 导热问题的初始条件与边界条件  19-20
    2.2.3 瞬态温度场的有限元计算方程  20-24
  2.3 明挖地铁车站侧墙温度场分析模型  24-28
    2.3.1 温度场模拟计算有限元模型  24-26
    2.3.2 模型单元类型和边界条件的选取  26-27
    2.3.3 分析步长和相关公式、参数  27-28
  2.4 明挖地铁车站侧墙温度场模拟分析  28-34
    2.4.1 不考虑构造钢筋作用的侧墙温度场模拟  28-31
    2.4.2 考虑构造钢筋作用的侧墙温度场模拟  31-34
  2.5 小结  34-36
3 明挖地铁车站侧墙温度应力场分析  36-61
  3.1 混凝土早期温度应力的演变特点  36-40
    3.1.1 混凝土结构温度裂缝的类型及产生原因  36-37
    3.1.2 温度应力产生的原因  37-39
    3.1.3 混凝土温度应力的发展过程  39
    3.1.4 混凝土温度应力的特点和分析方法  39-40
  3.2 混凝土的徐变和应力松弛  40-42
    3.2.1 混凝土的徐变  40-41
    3.2.2 混凝土的应力松弛  41
    3.2.3 变应变作用下的混凝土的应力  41-42
  3.3 混凝土弹性徐变温度应力有限元分析  42-45
  3.4 明挖地铁车站侧墙温度应力场模拟分析模型  45-47
    3.4.1 模型单元类型和边界条件  45-46
    3.4.2 模拟分析相关参数  46-47
  3.5 明挖地铁车站侧墙混凝土温度应力场模拟  47-55
    3.5.1 不考虑构造钢筋作用的混凝土侧墙温度应力场模拟  47-49
    3.5.2 考虑构造钢筋作用的混凝土侧墙温度应力场模拟  49-55
  3.6 小结与机理分析  55-61
    3.6.1 混凝土侧墙温度应力模拟分析小结  55-58
    3.6.2 钢筋作用机理分析  58-61
4 结论与展望  61-63
  4.1 结论  61-62
  4.2 展望  62-63
参考文献  63-65
作者简历  65-67
学位论文数据集  67

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