混凝土温度场分布的细观数值模拟研究

发布时间：2020-07-27 19:48

【摘要】：当混凝土暴露于高温环境中,其内部结构会产生损伤,导致水泥基材料的热力学及物理性能发生变化,加剧结构性能的退化。因此,为了更加准确地评估混凝土温度应力产生的损伤,需要进一步开展高温环境下混凝土内部温度分布规律研究。本文基于混凝土的细观层次,考虑界面热阻、饱和度、水灰比、孔隙率、骨料含量等因素的影响,建立了导热系数预测模型;基于细观格构网络模型,开展了混凝土热量传递的数值分析;在上述工作的基础上,考虑混凝土内部损伤与裂缝,开展了高温环境下开裂混凝土热量传递的数值模拟。具体开展的工作及主要结论如下:(1)考虑材料组成的非均质性,将混凝土视为由连续相水泥砂浆、分散相粗骨料以及二者薄弱界面过渡区组成的三相复合材料,并基于复合材料导热系数模型,建立了混凝土及其组成单元(水泥砂浆和界面单元)导热系数的计算模型;在此基础上,对比分析了水灰比、粗骨料体积分数、砂率、饱和度和界面热阻等因素对混凝土导热系数的影响规律。结果表明:混凝土导热系数随饱和度、粗骨料体积分数的增加而增大,随水灰比的增大而减小;考虑界面热阻的混凝土导热系数预测模型,能够更好地揭示饱和度与砂率对混凝土导热系数的影响机理。(2)通过对混凝土热传导的细观特性分析,探讨混凝土的非均质特性对热传导过程的影响规律。基于非线性分析的热传导方程,利用伽略金加权余数法和Crank-Nicholson,确定方程的数值形式,以水泥砂浆、花岗岩与混凝土为例,开展了基于细观格构网络模型的混凝土热传导过程数值仿真分析。数值计算表明,混凝土的细观格构网络模型可有效地呈现其热传导过程,并可确定其内部温度场分布规律。(3)基于细观层次,考虑荷载等因素的影响,开展了高温环境下开裂混凝土热量传递的数值仿真分析,通过与试验数据对比,验证了该模型的可行性与准确性。在此基础上,开展了裂缝长度与宽度、粗骨料形状与级配、界面导热系数等参数的敏感性分析,得出的主要结论为:粗骨料形状、界面导热系数,以及裂缝宽度对混凝土内部热量传递影响不大;粗骨料级配、裂缝长度等因素是影响混凝土内部温度场分布的重要参数。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】

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本文编号：2772295