高温环境下混凝土力学试验与数值模拟研究
发布时间：2023-11-02 19:36
西部大开发战略以来,我国西部地区高温引水隧洞工程越来越多,但洞内的高温环境不仅给工程施工带来了很大的麻烦,同时也给隧洞工程带来了极大的安全隐患,为了给实际工程的建设提供一定的理论指导。本文设置了5种温度工况,进行了有针对性的室内试验。并与非接触全场应变系统相结合,对不同温度环境下混凝土的力学性能和应变变化规律进行了探究。并基于颗粒流法构建了相应的热力耦合模型,通过离散元数值模拟结果与物理试验结果对比分析,对颗粒流热力耦合模型的模拟效果进行了验证。然后用验证的颗粒流热力耦合模型从细观角度对混凝土在高温环境下的力学性能变化的一般规律及细观机理进行分析。主要研究成果如下:(1)基于设计的5种温度工况,研发了可以配合压力试验机实现混凝土试样高温加载的试验装置。并且实现了高温试样加载过程中,非接触全场应变系统的同步试验。(2)通过进行混凝土高温加载试验,发现高温环境对于混凝土峰值强度、弹性模量和峰值应变有较明显的影响,混凝土峰值应力和弹性模量随温度的增加而衰减,混凝土的峰值应变随温度的增加而增加。(3)不同温度下应变云图的演化特征可以反映混凝土宏观性能变化的原因。与常温试样比,高温作用下会使试样...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 工程背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 混凝土细观力学特征研究现状
1.2.2 高温后混凝土力学性能研究现状
1.2.3 非接触全场应变系统的研究现状
1.2.4 颗粒离散元方法研究现状
1.2.5 颗粒流热力耦合方法研究现状
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法和技术路线
第2章 混凝土高温加载物理试验研究
2.1 引言
2.2 高温环境下混凝土力学性能试验
2.2.1 混凝土试样制作及试验原材料
2.2.2 石子级配试验
2.2.3 混凝土配合比
2.2.4 加热试验装置研发
2.2.5 高温加载试验流程
2.2.6 高温加载试验方法
2.3 热学参数测定试验
2.4 混凝土高温加载试验结果及分析
2.4.1 试验过程中红外热像结果
2.4.2 不同温度环境对混凝土峰值强度的影响
2.4.3 不同温度环境对混凝土弹性模量的影响规律
2.4.4 不同温度对混凝土轴向应变的影响规律
2.5 不同温度下混凝土的破裂模式变化规律
2.6 本章小结
第3章 高温混凝土在受载状态下全场应变分析
3.1 非接触全场应变测量系统基本原理
3.1.1 数字图像相关方法二维原理
3.1.2 三维视觉技术原理
3.1.3 数字图像相关变形测试原理
3.2 基于非接触全场应变测量系统的应变云图分析
3.2.1 不同应力状态下混凝土应变云图变化特征
3.2.2 不同温度和应力状态下全场应变云图变化规律
3.3 基于非接触全场应变测量系统的应变张量分析
3.3.1 常温混凝土试样应变分量变化规律
3.3.2 不同计算区域应变分量结果对比
3.3.3 不同温度下横向拉伸应变分量变化
3.3.4 不同温度下纵向压缩应变分量变化
3.3.5 不同温度下剪应变分量变化规律
3.4 本章小结
第4章 颗粒流热力耦合试验模型建立
4.1 颗粒流法力学及热力学基本原理
4.1.1 颗粒流法力学基本原理
4.1.2 颗粒流热力学基本原理
4.2 颗粒流粘结本构模型及粘结模型的性质
4.3 混凝土骨料模型的精细模拟与微观参数标定
4.3.1 混凝土模型的精细模拟
4.3.2 模型微观参数的标定及验证
4.3.3 混凝土热学参数的选取
4.4 混凝土高温加载试验模拟结果分析
4.4.1 混凝土高温加载试验模拟
4.4.2 三组热学参数组合下混凝土初始损伤特征
4.4.3 不同温度作用下混凝土力学损伤规律
4.4.4 高温加载试验模拟与物理试验结果对比
4.4.5 分析与讨论
4.5 本章小结
第5章 基于颗粒流热力耦合模型的高温损伤机理分析
5.1 不同温度场下应力变化
5.2 单轴压缩过程中的应变张量分析
5.3 基于损伤变量的损伤特性分析
5.4 混凝土破裂过程及破裂模式
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3859629
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 工程背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 国内外研究现状及发展趋势
1.2.1 混凝土细观力学特征研究现状
1.2.2 高温后混凝土力学性能研究现状
1.2.3 非接触全场应变系统的研究现状
1.2.4 颗粒离散元方法研究现状
1.2.5 颗粒流热力耦合方法研究现状
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法和技术路线
第2章 混凝土高温加载物理试验研究
2.1 引言
2.2 高温环境下混凝土力学性能试验
2.2.1 混凝土试样制作及试验原材料
2.2.2 石子级配试验
2.2.3 混凝土配合比
2.2.4 加热试验装置研发
2.2.5 高温加载试验流程
2.2.6 高温加载试验方法
2.3 热学参数测定试验
2.4 混凝土高温加载试验结果及分析
2.4.1 试验过程中红外热像结果
2.4.2 不同温度环境对混凝土峰值强度的影响
2.4.3 不同温度环境对混凝土弹性模量的影响规律
2.4.4 不同温度对混凝土轴向应变的影响规律
2.5 不同温度下混凝土的破裂模式变化规律
2.6 本章小结
第3章 高温混凝土在受载状态下全场应变分析
3.1 非接触全场应变测量系统基本原理
3.1.1 数字图像相关方法二维原理
3.1.2 三维视觉技术原理
3.1.3 数字图像相关变形测试原理
3.2 基于非接触全场应变测量系统的应变云图分析
3.2.1 不同应力状态下混凝土应变云图变化特征
3.2.2 不同温度和应力状态下全场应变云图变化规律
3.3 基于非接触全场应变测量系统的应变张量分析
3.3.1 常温混凝土试样应变分量变化规律
3.3.2 不同计算区域应变分量结果对比
3.3.3 不同温度下横向拉伸应变分量变化
3.3.4 不同温度下纵向压缩应变分量变化
3.3.5 不同温度下剪应变分量变化规律
3.4 本章小结
第4章 颗粒流热力耦合试验模型建立
4.1 颗粒流法力学及热力学基本原理
4.1.1 颗粒流法力学基本原理
4.1.2 颗粒流热力学基本原理
4.2 颗粒流粘结本构模型及粘结模型的性质
4.3 混凝土骨料模型的精细模拟与微观参数标定
4.3.1 混凝土模型的精细模拟
4.3.2 模型微观参数的标定及验证
4.3.3 混凝土热学参数的选取
4.4 混凝土高温加载试验模拟结果分析
4.4.1 混凝土高温加载试验模拟
4.4.2 三组热学参数组合下混凝土初始损伤特征
4.4.3 不同温度作用下混凝土力学损伤规律
4.4.4 高温加载试验模拟与物理试验结果对比
4.4.5 分析与讨论
4.5 本章小结
第5章 基于颗粒流热力耦合模型的高温损伤机理分析
5.1 不同温度场下应力变化
5.2 单轴压缩过程中的应变张量分析
5.3 基于损伤变量的损伤特性分析
5.4 混凝土破裂过程及破裂模式
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3859629
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