薄壁混凝土结构的温度场和应力场分析开题报告

1. 研究目的与意义

自混凝土问世一百多年以来，混凝土坚固的特性得到了广泛的使用。薄壁混凝土结构以一种特殊结构的身份出现在水闸、港口码头、泵站等各种场合。但是混凝土存在的固有的力学特性，使它成为了一种脆性易开裂的材料。因此，更好的防止混凝土开裂成为了设计、建筑和施工方亟需解决的难题。

混凝土是一种由集料和硬化水泥组成的非均质复合材料，它随着龄期增长热学和力学性能会不断发生变化。混凝土在浇筑及运行过程中, 受到内外温差、基础温差以及自收缩变形等因素的影响,容易在早期产生裂缝，这些产生的早期裂缝在各种复杂应力作用下会进一步发展，成为破坏型裂缝，裂缝的出现不仅影响到了建筑物的美观程度，还会削弱相应部位构件的承载力，同时还可能导致渗漏、混凝土碳化加快、保护层剥落等一系列问题的出现，严重的甚至会影响到建筑物的正常使用。混凝土早期裂缝在混凝土工程中普遍存在，尤其是在大坝等大体积混凝土和水闸、立交地涵等薄壁混凝土工程中更为常见。

薄壁混凝土结构的结构形式、混凝土浇筑温度、水泥和骨料的材料特性以及环境温度等因素对宏观裂缝的产生有着很大的影响。在混凝土的早期阶段，混凝土内部在水化热的影响下，发生温升膨胀，使结构内部受到压力，而混凝土表面由于散热较快，温度相对较低而处于收缩状态，混凝土内外结构的共同作用使混凝土外表面处于受拉状态，混凝土表面因此更易产生裂缝。薄壁混凝土现多采用高性能混凝土，这种混凝土比普通性能的混凝土温升膨胀的效果更为明显，这也导致混凝土早期裂缝在薄壁混凝土结构的施工过程中更为常见。

2. 研究内容和预期目标

由于混凝土自身固有的易脆、易开裂以及水化热的特性，混凝土的早期裂缝在混凝土的施工过程中普遍存在，尤其是大坝、桥梁基础、等大体积混凝土和水闸、立交水函、蓄水池、码头等薄壁混凝土工程中，混凝土早期裂缝的出现，轻则影响建筑物的外观和建筑物的实用性；重则削弱混凝土结构的使用功能，影响到建筑物的耐久性；甚至直接导致建筑物结构破坏无法正常使用，危及建筑物的安全性。混凝土的裂缝防控一直是设计、建筑、施工行业关注的重点,做好混凝土的裂缝防控对保证工程质量、提高经济效益有很重要的意义。混凝土的裂缝防治工作是一个系统工程, 其中包含施工过程中混凝土温度控制；骨料、粉煤灰和外加剂的添加；后期混凝土养护等许多环节,而早期混凝土的温度控制工作既是整个裂缝防控系统中首先要保证的重要环节，良好的混凝土温度控制也为后期开展裂缝防控工作打下了坚实的基础。

通过对薄壁混凝土温度场和应力场的分析，我们可以了解混凝土结构的表面以及内部温度应力产生的原因和形成机理，研究和分析薄壁混凝土结构的热传导方程和边界条件，学习其温度场和应力场的计算方法。应用大型通用有限元软件ANSYS13.0建立某工程的实体模型，模拟实际混凝土水化热温度场和应力场分布，根据计算结果分析薄壁混凝土结构的温度裂缝的成因和控制措施。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用的研究方法

温度场和温度应力的研究方法主要有解析解法和近似解法。薄壁混凝土在浇筑的过程中，其内部温度场受到浇筑温度、外部环境温度、浇筑层厚度、混凝土自身水化热特性、弹性模量、约束应力、外部温度控制等众多因素影响。由于外部影响因素过于复杂，通常，近似解法作为解决工程问题的较为实用的方法，比如说差分法和有限单元法。

为了弄清薄壁混凝土的温度场和应力场的问题，我们可以用计算机进行模型的仿真分析，在考虑了各种影响因素的情况下，用实验得到的数据对薄壁混凝土进行温度应力模拟，从而得出防控裂缝的有效方法。

4. 参考文献

[1] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[m].北京：中国电力出版社版社，1999

[2] 彭立海等.大体积混凝土温控与防裂[m].郑州：黄河水利出版社，2005

[3] 王润福.温度场和温度应力[m].北京：科学出版社出版社，2005

5. 计划与进度安排

[1] 3月 2日 ~ 3月22日 文献检索，提交开题报告

[2] 3月 23 日 ~ 4月19日 论文研究，提交外文翻译初稿

[3] 4月 20 日 ~ 5 月 24日 论文研究，提交论文初稿