基于早龄期混凝土力学性能试验的隧道衬砌温度—应力场研究

发布时间：2020-11-10 02:06

　　明挖隧道衬砌混凝土浇筑完成后,混凝土自身水化反应会导致温度应力产生,为了加快施工进度,往往会对衬砌提前拆模,衬砌变形会受到温度应力、自重以及约束共同作用,从而极易使其内部拉应力超过当前龄期下的抗拉强度而形成裂缝。因此有必要对隧道衬砌在早龄期下的温度—应力场变化规律进行研究,探寻衬砌拆模的最佳时间,在达到快速施工目的的同时避免因拆模过早而形成裂缝。针对上述问题,本文所做工作及研究成果如下:(1)设计了不同配比混凝土,着重研究粉煤灰含量、水胶比、骨料体积含量变化对早龄期混凝土基本力学性能的影响,得到了不同配比混凝土下立方体抗压强度、劈拉强度、弹性模量随龄期变化规律,通过对数据进行拟合修正,得到不同配比混凝土下各力学性能与龄期的拟合公式。为后文有限元模型力学参数确定提供了依据。(2)结合衬砌出现的裂缝位置将力学传感器进行针对性布点,对混凝土压力、应变、钢筋轴力的变化进行现场实测,得到了衬砌应力应变随时间与空间的变化规律。(3)运用ABAQUS二次开发模拟混凝土水化放热过程,主要基于FORTRAN语言开发了 UMATHT用户子程序模拟混凝土内部水化放热,FILM用户子程序模拟与周围环境的热交换及环境温度动态变化,并通过算例验证了用户子程序的正确性。(4)采用顺序热应力分析方法对隧道衬砌早龄期温度—应力场进行分析,得到了实际工程隧道衬砌温度—应力场随时间和空间的分布规律及衬砌拆模最佳时间,探究了温度场与应力场的联系,并将实测数据与有限元计算结果进行对比来进一步验证模型的合理性。(5)从混凝土材料入手对衬砌温度—应力场相关结果进行优化,基于试验结果,得到了粉煤灰含量、水胶比、骨料体积含量的变化对温度—应力场影响规律,明确不同配比下的混凝土衬砌最佳拆模时间,SK-0到SK-6分别为54h,52h,58h,56h,66h,0,58h,其中SK-5组在本文研究时间范围内并没有合适的拆模时间,按照0计。得到了基于温度裂缝层面考虑的试验研究范围内的最佳混凝土配合比为水泥:粉煤灰:水:砂:碎石=1:0.18:0.41:1.69:2.88。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U454
【部分图文】：

开发流程,用户子程序

?北京交通大学硕士学位论文???（６）添加模型之间的相互作用及约束（ＩＮＴＥＲＳＥＣＴＩＯＮ）??（７）进行合理的网格划分并赋予相应的网格属性（ＭＥＳＨ）??（８）创建作业进行分析计算（ＪＯＢ）??（９）对结果进行后处理（ＶＩＳＵＡＬＩＺＡＴＩＯＮ）??本文利用ＡＢＡＱＵＳ的二次开发功能来进行隧道衬砌的温度场与应力场的分??析，按实体尺寸进行建模，并通过试验和相关经验参数得到材料的参数进行赋值。??运用ＦＯＲＴＲＡＮ语言通过对用户子程序ＵＭＡＴＨＴ的编写来实现混凝土的内部生??热，通过对用户子程序ＦＩＬＭ的编写来实现对周围环境余弦函数式变化的过程，并??实现与空气的热交换。以ＵＭＡＴ用户子程序为例，ＡＢＡＱＵＳ二次开发的流程如图??２－２所示。??；￣?

路径图,路径,关联文件,文件

?北京交通大学硕士学位论文???安装完成后，要对三个软件进行一定的关联操作，要在ＡＢＡＱＵＳ６１４１．ｂａｔ文??件中添加相应的路径，使得ＡＢＡＱＵＳ能够找到相应关联文件的位置，ｂａｔ文件修??改如图２－３所示。在修改了?ｂａｔ文件后，通过运行ＡＢＡＱＵＳ?ＶＥＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ程序??来进行检查，如图２－４所示，当各项检查程序均为ＰＡＳＳ时，则表明关联成功，如??图２－５所示。??

程序检查,关联文件,文件,检查程序