模拟酸雨腐蚀下预应力混凝土梁受力性能的数值模拟

发布时间：2020-11-03 08:20

　　 预应力混凝土发展的近70年以来,预应力混凝土结构以其采用较高强度等级混凝土和抗裂性能,已经广泛运用于跨海大桥、隧道、码头、工业建筑、高速公路和高速铁路等重大工程。随着人类工业化进程,能源的持续消耗,已经对自然环境造成了不小的破坏,其中,酸雨对于混凝土结构的侵蚀作用已经十分严重,国内外基于混凝土和预应力筋腐蚀的预应力混凝土结构的受力性能研究较少,关于酸雨腐蚀下预应力混凝土梁受力性能的数值模拟更是鲜有探讨。为了研究酸雨腐蚀下预应力混凝土梁受力性能的数值模拟,本文对腐蚀后的混凝土棱柱体试块进行单轴受压应力-应变试验,研究在模拟酸雨环境腐蚀后混凝土棱柱体试块的力学性能劣化规律。通过ANSYS有限元数值分析对预应力混凝土梁纯弯性能和抗震性能进行研究分析,将试验值和模拟值对比,验证了模型的有效性,并进行参数分析。本文的主要研究工作如下:(1)根据江西近十年来的降雨情况配置模拟酸雨溶液,并制作84个混凝土棱柱体试块对其浸泡腐蚀,与课题组进行的预应力混凝土梁通电腐蚀试验同期进行。待混凝土棱柱体试块达到腐蚀龄期后进行单轴受压应力-应变试验,分析腐蚀后混凝土的表观特征、轴压破坏特性以及测得的腐蚀混凝土受压应力-应变曲线以及弹性模量。对受压应力-应变曲线的特征值,如峰值应力、峰值应变、极限应变、弹性模量进行多元回归分析,拟合得到曲线特征值在不同混凝土强度和不同腐蚀龄期下的对应关系方程。并对混凝土棱柱体试块的应力-应变曲线进行拟合,为后续梁构件的纯弯试验和低周反复加载试验的模拟打下基础。(2)介绍了有限元分析软件ANSYS的建模方法和选用的材料单元模型,并对本课题组同期进行的预应力混凝土梁纯弯试验进行ANSYS数值模拟,确定了有限元模型建立时的参数选择以及边界条件,将腐蚀混凝土试验得到的轴心受压应力-应变曲线特征值代入模型中,并对数值模拟的结果与试验值进行对比,通过对比裂缝分布图、Von Mises应力云分布图、以及预应力混凝土梁的跨中荷载-位移曲线,验证模型的有效性。并对验证后的模型进行了参数分析,从混凝土强度、非预应力筋强度以及初张拉力三个变量分析预应力混凝土梁纯弯性能。(3)对本课题组同期进行的预应力混凝土低周反复试验进行ANSYS数值模拟,确定了有限元模型建立时的参数选择以及边界条件,将腐蚀混凝土试验得到的本构曲线特征值代入模型中,并对数值模拟的结果与试验值进行对比,通过对比滞回曲线、骨架曲线、耗能能力来验证了模型的有效性。并对验证后的模型进行参数分析,从非预应力筋强度、钢绞线腐蚀率、混凝土强度以及初张拉力四个变量分析预应力混凝土梁的抗震性能。
【学位单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X517;TU378.2
【部分图文】：

图 2.1 混凝土浸泡腐蚀Fig 2.1 Concrete immersion corrosion2 试验加载制度及加载试验方法加载制度通过混凝土棱柱体轴心抗压强度试验可得到弹性模量和泊松比，以及应力-应沿试件高度中轴线处的两侧对称面几何中心位置贴纵向应变片，在混凝土棱柱之间选择平整面，在其几何中心位置贴横向应变片。试验按《普通混凝土力学方法标准》中规定的方法进行加载，图 2.2 为加载制度。

图 2.1 混凝土浸泡腐蚀Fig 2.1 Concrete immersion corrosion制度及加载试验方法棱柱体轴心抗压强度试验可得到弹性模量和泊松比，以及应中轴线处的两侧对称面几何中心位置贴纵向应变片，在混凝土整面，在其几何中心位置贴横向应变片。试验按《普通混凝土中规定的方法进行加载，图 2.2 为加载制度。

力—应变全曲线的下降段，后半段采用位移作为控制条心抗压试验完成后，取同组的另三个试块进行弹性模量算模量 Ec，按下式计算：Ec = ( a 0) L/(A △ n) 土抗压弹性模量(MPa)；Fa-终荷载，1/3fcp时对应的荷载值(N)；FN)；L-测量标距(mm)；应变片栅长：（8cm）；A-试件承压面积侧在 Fa及 F0作用下平均变形差 (mm)：△n=((εa（左）+εa（右）)/2-(应变；ε0-F0时标距间试件应变。果土表观特征在模拟酸雨溶液中浸泡，待全部达到相应腐蚀时长后，取
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本文编号：2868336