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高层建筑基础大体积混凝土仿真与温度裂缝控制研究

作　者: 张亚鹏
导　师: 孟文清
学　校: 河北工程大学
专　业: 结构工程
关键词: 高层建筑大体积混凝土温度裂缝 ANSYS 构造配筋配合比优化
分类号: TU973.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着我国高层建筑的兴起,基础底板大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出。本文从微观力学和断裂力学的角度分析了混凝土的开裂机理,找出了影响高层建筑基础大体积混凝土开裂的主要影响因素。结合工程实例,运用ANSYS有限元软件,对高层建筑基础大体积混凝土的温度场及温度应力进行热—结构耦合分析,并对有限元分析中基本参数和边界条件的确定做了初步探讨;分析了水化热系数m对温度场的影响,通过与实测数据的对比,确定了高层建筑基础大体积混凝土水化热系数较适宜的取值范围;分析了地基散热对混凝土温度场的作用,提出了考虑混凝土弹性模量变化和地基约束的温度应力计算模型。通过对数值模拟计算结果的分析,确定了温度裂缝控制关键点和温度荷载作用下构造钢筋的配置原则,提出了高层建筑基础大体积混凝土温度构造钢筋的配置位置、配筋范围以及钢筋加密区范围,为结构设计提供了理论依据。针对大体积混凝土的特点和温度场、温度裂缝控制的要求,以混凝土中心最大温升为目标函数,以混凝土抗压强度和抗裂指标为主要约束条件,建立了高层建筑基础大体积混凝土配合比优化数学模型,应用遗传算法对该模型进行求解,得到了满意的大体积混凝土配合比,并在实际工程中得到验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究目的和意义  9
  1.2 大体积混凝土概述与特性  9-11
    1.2.1 大体积混凝土的定义  9-10
    1.2.2 大体积混凝土的结构设计与施工特点  10-11
      1.2.2.1 大体积混凝土的基本特性  10
      1.2.2.2 建筑工程大体积混凝土的其它特点  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  11-12
    1.3.2 国内研究现状  12-13
  1.4 现阶段研究的重点和存在的问题  13-14
    1.4.1 现阶段研究的重点  13
    1.4.2 存在的问题  13-14
  1.5 本文研究内容  14-15
第2章大体积混凝土裂缝产生机理研究  15-22
  2.1 混凝土的微观裂缝和裂缝产生的原因  15-16
  2.2 大体积混凝土裂缝产生的原因  16-18
  2.3 大体积混凝土开裂的主要影响因素  18-20
    2.3.1 水泥水化热  18
    2.3.2 内外约束条件  18-19
    2.3.3 外界气温变化  19
    2.3.4 混凝土的收缩变形  19-20
  2.4 裂缝主要控制措施  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章高层建筑基础大体积混凝土温度场及温度应力研究  22-47
  3.1 大体积混凝土有限单元法概述  22-23
    3.1.1 有限单元法概述  22-23
    3.1.2 大体积混凝土的求解方法  23
    3.1.3 大体积混凝土有限元分析的优点  23
  3.2 混凝土的基本力学、热学性能  23-30
    3.2.1 混凝土基本力学性能  23-24
    3.2.2 混凝土的基本热学性质  24-30
      3.2.2.1 热传导方程  24-25
      3.2.2.2 边界条件和初始条件  25-27
      3.2.2.3 材料的热工参数  27
      3.2.2.4 混凝土的浇筑温度  27-28
      3.2.2.5 环境温度  28
      3.2.2.6 混凝土收缩预估与当量温差  28-29
      3.2.2.7 水泥的水化热  29
      3.2.2.8 混凝土的水化热温升  29-30
  3.3 基于ANSYS 软件的混凝土温度场及温度应力场分析模型  30-31
    3.3.1 有限元计算基本假定  30
    3.3.2 模拟技术基本方法  30-31
  3.4 工程实例  31-37
    3.4.1 工程概况  31
    3.4.2 数值模拟计算  31-37
      3.4.2.1 基本参数选取  31-36
      3.4.2.2 Ansys 计算结果  36-37
  3.5 水化热系数对温度场的影响研究  37-42
    3.5.1 数值模拟计算  37-40
    3.5.2 高层建筑基础水化热系数的取值分析  40-41
    3.5.3 高层建筑基础水化热系数的取值  41-42
  3.6 地基作用研究  42-46
    3.6.1 地基对温度场的影响  42-43
    3.6.2 地基约束条件下的温度应力  43-46
  3.7 本章小结  46-47
第4章高层建筑基础大体积混凝土裂缝控制研究  47-65
  4.1 概述  47
  4.2 温度构造钢筋的配置  47-52
    4.2.1 钢筋对混凝土的影响  48
    4.2.2 构造钢筋的配置研究  48-52
      4.2.2.1 温度裂缝控制关键点  48
      4.2.2.2 温度构造钢筋的配置原则  48-49
      4.2.2.3 温度构造钢筋的配置位置  49-52
  4.3 高层建筑基础大体积混凝土配合比优化  52-64
    4.3.1 普通混凝土配合比设计  52-54
    4.3.2 大体积混凝土配合比优化模型  54-59
      4.3.2.1 目标函数  54-55
      4.3.2.2 约束条件  55-59
    4.3.3 优化模型表达式  59
    4.3.4 基于遗传算法的大体积混凝土配合比优化  59-64
      4.3.4.1 遗传算法概述  60-61
      4.3.4.2 遗传算法的应用  61
      4.3.4.3 参数选取与算法流程  61-63
      4.3.4.4 工程实例  63-64
  4.4 本章小结  64-65
结论与展望  65-67
附录  67-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
作者简介  80

高层建筑基础大体积混凝土仿真与温度裂缝控制研究

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