混凝土多因素侵蚀耦合随机细观研究

发布时间：2017-12-12 13:14

  本文关键词：混凝土多因素侵蚀耦合随机细观研究

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【摘要】：混凝土耐久性问题是全球性问题,混凝土劣化的危害性已在全球达到共识。诸多国内外学者分别对混凝土中氯离子侵蚀、碳化等问题进行了研究,但是混凝土耐久性问题是一个由材料、结构、自然环境、使用环境四者构成的系统问题,单因素的研究不能从根本上解决问题。迄今为止,没有一个能够较系统地反映混凝土耐久性问题的多因素侵蚀耦合数值模型。本文以混凝土中氯离子传输、混凝土碳化、水分传输、荷载作用等劣化因素及其相互耦合为重点,建立了多因素侵蚀耦合数值模型。然后根据级配理论和Monte Carlo方法建立了细观随机混凝土模型,并最终将多因素侵蚀耦合数值模型与细观随机混凝土模型融合,建立了混凝土多因素侵蚀耦合随机细观模型,并从宏观到细观在不同尺度上对所建立的混凝土多因素侵蚀耦合模型求解、验证和讨论,以期对推进混凝土耐久性问题的研究具有理论和使用价值。主要研究内容如下:(1)建立了全面的多因素修正饱水状态氯离子传输数值模型,研究了氯离子在饱水混凝土中的传输行为。给出了模型中各参数的一般取值范围,对各参数进行敏感性分析,并将修正模型的计算结果与实测数据对比验证。(2)建立了干湿交替环境下氯离子传输的对流—扩散控制方程,并进行模型试算、验证和模型参数分析,总结了干湿交替环境下的氯离子浓度时空变化规律。(3)首次建立了较全面的碳化—水分传输—氯离子传输耦合理论模型。将水化过程和碳化过程参量化,分别建立水化过程数值模型、碳化过程数值模型,然后将两者联合建立碳化数值模型;根据混凝土碳化和氯离子传输之间的耦合关系,建立碳化—氯离子传输耦合模型;再根据氯离子传输和水分传输之间的关系,建立氯离子传输—水分传输耦合模型;最后将这些模型综合,建立碳化—水分传输—氯离子传输耦合模型。(4)首次建立了碳化—水分传输—氯离子传输—荷载耦合理论模型,并对模型求解、验证和讨论。建立了孔隙率和应变、应变和荷载之间的关系,再进一步建立了孔隙率和氯离子扩散系数、水分扩散系数、CO2扩散系数之间的关系,依照这些耦合关系,分别建立了荷载—氯离子耦合模型、荷载—碳化耦合模型、荷载—水分迁移耦合模型,进而建立了碳化—水分迁移—氯离子传输—荷载耦合数值模型,并采用试验结果进行了验证和讨论。(5)研究了混凝土的随机性特征,建立了细观随机混凝土模型。建立了二维圆形骨料模型,并首次提出并建立圆形和椭圆形随机混合体骨料模型,使得骨料的形状更符合随机性要求和实际要求;建立了二维多边形骨料模型,首次考虑了尖角的影响,建立的模型更加符合实际碎石骨料的形状;建立的骨料模型与其他学者的模型相比,既考虑了骨料级配和形状,又保证了粒径分布的随机性,抛弃了众学者等效粒径的方法,使得骨料模型更贴近于实际;开发软件fig2dxf 2016将基于MATLAB平台建立的随机骨料模型转换为通用的dxf接口格式,使得建立的骨料模型能被CAD和大部分有限元软件打开和编辑。(6)首次建立了混凝土在多因素侵蚀作用下的细观随机模型,通过大量随机混凝土试件数值试验,分析了碳化深度、侵蚀介质浓度分布的随机性特征并给出了相应的随机模型。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
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本文编号：1282618