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混凝土地下室筏基裂缝形成机理与数值分析

作　者: 马向红
导　师: 章杨松
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 地下室筏板基础温度场温度应力裂缝混凝土损伤塑性模型有限元分析
分类号: TU471.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

混凝土结构建筑物在施工建设和使用过程中,出现不同程度与形式裂缝的现象非常普遍。高层建筑的普遍使用,也使得其地下室筏板的开裂问题日益突出。地下室结构混凝土裂缝的出现,不但降低了混凝土的力学性能,影响结构的耐久性,而且还会引起渗漏。本文研究的内容是选择能够较为准确地描述混凝土材料力学性能的损伤塑性本构模型。分析筏板基础在施工阶段由于温度应力作用而产生裂缝所造成的初始损伤存在的情况下,在上部结构荷载和地基不均匀沉降作用下的应力发展、沉降大小以及筏板损伤场分布。本文阐述了地下室筏板基础混凝土的开裂机理。基于瞬态温度场理论,利用ABAQUS有限元软件,采取顺序耦合的热应力分析方法,建立三维实体模型求解筏板基础温度场。分析得到筏板基础在施工阶段的温度场分布规律,并将其作为预定义场施加到筏板基础上,从而得到筏板基础的温度应力场。根据有限元计算结果,可以分析得到筏板基础的温度应力分布规律。将由施工阶段温度应力产生的裂缝作为初始损伤,对材料的力学性能进行折减,并选取混凝土损伤塑性本构模型,模拟筏板基础受到上部荷载和地基不均匀沉降的作用,得出筏板基础损伤场的数值解和分布情况,以及筏板基础应力-应变分布规律。最后,裂缝的开展方向可以通过等效塑性应变的概念来定义。裂缝面的法向矢量方向与最大塑性应变方向相互平行,因此裂缝的方向可以通过最大塑性应变的方向来显示。通过本文的研究方法可以得到钢筋混凝土地下室筏板基础的温度场和温度应力的分布,以及筏板基础在上部荷载与地基不均匀沉降作用下的应力、沉降以及损伤,为地下室筏板基础的裂缝控制提供有效的参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 选题的研究意义  12
  1.4 本文主要研究内容  12-14
2 筏型基础底板开裂机理与其温度应力场的有限元计算原理  14-23
  2.1 混凝土收缩机理  14-15
    2.1.1 当量温差  15
  2.2 混凝土温度变形裂缝  15-17
  2.3 温度场的基本方程以及有限单元法的求解  17-21
    2.3.1 温度场的基本方程  17-18
    2.3.2 有限单元法求解混凝土温度场  18-21
  2.4 混凝土温度应力的有限元分析  21-23
3 混凝土损伤塑性模型理论  23-34
  3.1 损伤理论和混凝土损伤机理  23-29
    3.1.1 损伤理论和损伤分类  23-24
    3.1.2 损伤变量  24
    3.1.3 有效应力的概念和应变等价原理  24-26
    3.1.4 混凝土损伤机理  26-29
  3.2 ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型  29-34
    3.2.1 混凝土损伤塑性模型的简介  29
    3.2.2 混凝土损伤的塑性部分  29-34
4 筏型基础底板温度场的数值模型和温度收缩应力分析  34-47
  4.1 筏型基础地下室底板的有限元计算  34-39
    4.1.1 基本假定与计算方法选取  34-37
    4.1.2 筏板基础的计算模型和计算参数  37-39
    4.1.3 筏板基础的边界条件和初始条件  39
  4.2 有限元计算结果分析  39-47
    4.2.1 筏型基础底板的温度场结果分析  39-43
    4.2.2 筏型基础底板的温度应力场结果分析  43-45
    4.2.3 损伤的分析与引入  45-47
5 筏型基础底板在结构荷载与不均匀沉降作用下裂缝分析  47-65
  5.1 地基模型  47-48
  5.2 地基-筏基共同作用下的筏基有限元计算  48-54
    5.2.1 PKPM的计算模型和荷载计算结果  48-50
    5.2.2 筏板基础的有限元计算  50-54
  5.3 筏基-地基共同作用下有限元计算结果分析与比较  54-61
  5.4 上部结构-筏基-地基共同作用下有限元计算结果分析与比较  61-65
6 结论与展望  65-67
  6.1 结论  65-66
  6.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录  72

混凝土地下室筏基裂缝形成机理与数值分析

内容摘要

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