饱和开裂混凝土氯离子二维扩散的数值模拟

对饱和状态下开裂混凝土裂缝附近区域氯离子的二维扩散进行了数值模拟.以Fick第二扩散定律(FSDL)修正模型及二维氯离子扩散理论模型为基础,建立了开裂混凝土氯离子扩散有限差分数值模型,并编制了计算程序.通过与试验结果的对比,证明了模型的有效性.利用建立的模型分析了裂缝、水胶比、衰减系数和时间因素对氯离子扩散的影响,提出了裂缝影响区的概念.在裂缝影响区内,氯离子呈二维扩散,在其外,氯离子呈一维扩散;在时间上,氯离子扩散存在快速期、过渡期与缓慢期;从长期来看,裂缝深度对氯离子的扩散影响显著,而裂缝宽度几乎对其无影响.     

混凝土氯离子扩散理论模型

回顾了混凝土氯离子扩散理论模型研究的基本进展,指出了混凝土氯离子扩散研究中存在的问题:材料非均质性、有限大体、多维扩散、可变扩散系数与可变边界条件、结构微缺陷对扩散的加速作用、氯离子结合能力及其非线性等.针对多个暴露面的有限大长方体的氯离子扩散,引进了氯离子扩散的劣化效应系数和时间依赖性常数,提出了线性氯离子结合能力及其非线性系数,采用幂函数和指数函数修正了时间边界函数,系统地解决了混凝土的氯离子扩散理论问题.经过严密的数学推导,在理论上得到了综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的混凝土氯离子扩散新方程.结果表明,混凝土氯离子扩散新方程的简化表达式与Fick第二扩散定律在形式上完全一致.     

混凝土矩形截面氯离子二维扩散的影响分析

选择常规截面,遵循二维扩散模型,研究扩散系数、扩散时间、钢筋位置、氯离子边界质量分数及构件截面尺寸等对氯离子二维扩散的影响程度.结果表明,扩散系数和扩散时间既影响氯离子二维扩散区域,又影响氯离子扩散程度,两者值越大,二维扩散区域越大,氯离子质量分数越高;钢筋位置是决定钢筋初锈时间的重要因素;氯离子边界质量分数对氯离子二维扩散区域均无影响,但对氯离子扩散程度影响明显.     

海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型及耐久性

总结分析了国内外有关混凝土中氯离子侵入模型的研究概况,针对海工预应力混凝土结构,讨论了影响氯离子侵入预应力混凝土的各种因素．考虑混凝土与氯离子间的结合能力,建立了预应力混凝土氯离子侵入数学模型．以混凝土保护层厚度、氯离子扩散速度以及表面氯离子浓度为主要参数,运用可靠度理论,建立了海工预应力混凝土结构耐久性可靠度分析模型．分析结果表明：应力状态下。混凝土的氯离子有效扩散系数是变化的,其中混凝土的拉应力会加快氯离子的扩散,而压应力则相反;同时从耐久性分析中可知,混凝土保护层厚度对氯离子侵蚀下的PC结构耐久性影响最大,表面氯离子浓度及氯离子扩散速度次之．     

干湿交替作用下氯离子在开裂混凝土中的输运规律

为了获得干湿交替作用下氯离子在开裂混凝土内的侵蚀规律,采用双重孔隙介质模型,考虑氯离子在混凝土孔隙内的线性结合,将水分和氯离子在混凝土和裂缝内的迁移分别表示为扩散形式和对流-扩散形式,得出不同饱和度下的水分扩散方程和氯离子对流-扩散方程,以及Rayleigh-Ritz分布下相应的水分扩散系数随孔隙饱和度的变化规律,并采用有限单元法计算干湿交替作用下的水分和氯离子在一规则开裂混凝土内的迁移过程,得出的干燥与湿润过程中的氯离子侵蚀结果与试验结果较吻合.模拟结果表明:在干湿交替作用下,裂缝深度对超出裂缝部分的氯离子影响较大,而裂缝宽度、循环周期、初始饱和度对混凝土和裂缝中的氯离子浓度影响较小.     

地方气候环境下氯离子扩散系数的研究

介绍氯离子对混凝土耐久性的影响及氯离子扩散模型,分析混凝土中氯离子来源、氯离子扩散机理,指出了确定氯离子扩散系数时所遇到的问题.结合地方气候环境,建立水灰比、温度、湿度、时间对扩散系数影响的四维扩散系数模型,并将四维模型改进为有利于工程应用的二维模型,通过实例说明模型的有效性.     

海洋环境下硅灰混凝土的抗冻性与氯离子扩散性

针对海洋环境条件,重点研究了硅灰混凝土的抗冻性和氯离子扩散性能的关系.试验分析了水胶比、硅灰等量替代水泥掺量大小、引气剂掺量等因素对混凝土抗冻性和氯离子扩散性能的影响,并与普通混凝土进行了对比.结果表明,掺加硅灰不能提高混凝土的抗冻性但可提高混凝土的抗氯离子渗透性;硅灰只有与引气剂共同使用,才能同时提高混凝土的抗冻性和抗氯离子渗透性能;硅灰掺量在10%左右对混凝土的抗冻和抗氯离子渗透综合性能影响存在一个最佳值.为评估混凝土的抗冻性和抗氯离子渗透性的综合性能,提出了新的评价方法--冻渗比(R值方法),并进行了试验验证.     

多场耦合作用下氯离子分布场的数值模型

为了研究温度场、湿度场和CO2分布场对氯离子分布场的影响,基于Fick扩散定律和质量守恒定律,主要考虑氯离子扩散系数、湿度以及氯离子结合和释放4个敏感参数,推导了混凝土中氯离子三维分布场控制方程,给出了初始条件和边界条件.利用ANSYS内部集成的参数化程序设计语言APDL建立了数值分析框架.结合试验参数,进行了湿度场作用下混凝土中氯离子分布场的数值计算,并进行了模型参数敏感性分析.结果表明:该模型可以实现不同边界条件下二维和三维多场耦合的数值计算.湿度扩散系数、氯离子扩散系数、边界氯离子浓度以及氯离子结合等温线的取值对氯离子浓度分布影响显著.数值计算结果与实验结果吻合良好,数值模型具有足够的可靠性.     

混凝土中氯离子三维扩散模型及参数拟合

提出了基于ANSYS有限元分析和试验实测数据拟合的混凝土中氯离子三维非稳态扩散模型.该模型可以模拟混凝土与海水接触表面氯离子随时间变化的累积效应、氯离子扩散系数随时间和氯离子浓度的变化,以及氯离子反应率对扩散的影响.根据非稳态扩散方程与导热方程的相似性,用ANSYS有限元软件参数化设计语言编程方法,实现了数值模拟分析;利用ANSYS的优化设计功能,以有限元数值计算结果与实测数据的误差平方和最小为优化目标,拟合氯离子扩散试验的实测数据,得到数值模拟所需的模型参数.计算表明:模型能比较好地拟合长期海洋环境暴露试验的实测数据,为海洋环境中使用的混凝土结构的耐久性设计提供参考依据.     

钢筋影响下混凝土中氯离子质量分数累积研究

针对钢筋影响下混凝土中氯离子质量分数的预测,试验研究了钢筋表面氯离子质量分数累积情况;通过定义容量系数和传递系数给出了氯离子非稳态扩散的质量守恒矩阵方程,将所编译的扩散模块与ANSYS链接得到混凝土中氯离子质量分数累积的数值模拟方法,并作了有效性验证.研究表明:该方法能够灵活地预测考虑钢筋存在的同时,各种复杂截面形状的混凝七构件在单一或多边界同时遭受氯离子侵蚀时的氯离子质量分数累积.     

时变扩散系数对混凝土结构服役寿命的影响

基于氯离子二维扩散模型考虑混凝土氯离子扩散衰减系数及其随机性,计算了氯盐侵蚀下混凝土结构的可靠度及服役寿命。为克服传统可靠度敏感系数的缺陷,分析氯离子扩散衰减系数及其随机性对混凝土结构耐久性的影响,根据全微分公式导出了可靠度对随机变量均值和变异性的无量纲敏感系数。计算结果表明,忽略氯离子扩散系数时变性会导致显著地低估结构服役寿命,而不考虑衰减系数的随机性又会明显地高估结构耐久性能。敏感性分析结果表明,混凝土氯离子扩散衰减系数与混凝土保护层厚度对氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性的影响占主导地位,并随着服役时间的增加,衰减系数的影响会超过混凝土保护层厚度。     

考虑二次梯度影响的球向渗流问题解的相似结构

针对均质油藏球向渗流问题,研究了3种外边界（无穷大、定压、封闭）及内边界条件（引入表皮效应）下的定流量生产的问题,并建立了考虑二次梯度影响的不稳定渗流问题的试井分析模型;先对此模型作线性化处理,利用Laplace变换求得了线性化后的无因次储层压力和井底压力分布的Laplace空间解;在全面分析了它们之间内在联系的基础上,得到了此模型在3种外边界条件下解式之间的相似结构．     

碱硅酸反应作用下混凝土中氯离子扩散规律和结合能力

采用活性集料和非活性集料配成混凝土进行对比试验,研究了氯离子在同时受到碱硅酸反应(ASR)作用的混凝土中的扩散和结合特性.所用混凝土的碱含量分别为水泥质量的0.5%和1.5%,试验温度为60℃,并采用3.5%和7.5%两种不同质量分数的NaC l溶液浸泡混凝土,进行了氯离子渗透试验,测定了不同浸泡龄期下混凝土试件内部总氯离子含量和自由氯离子含量.用XRD和SEM以及压汞法对试件进行了微观结构分析.结果表明:在ASR同时作用时,混凝土的氯离子扩散速度减慢,混凝土对氯离子的结合表现为线性吸附关系,氯离子结合能力也明显降低;ASR所导致的开裂不会明显提高氯离子的侵入.由于氯离子扩散速度减慢,混凝土钢筋锈蚀时间延迟,但并不能得到抑制,并且由于氯离子结合能力的降低以及ASR的发生,孔溶液中C(C l-)/C(OH-)提高,反而会使锈蚀加快.     

大跨径预应力混凝土箱梁的剪切变形分析

为分析剪切变形对预应力混凝土箱梁挠度的影响,依据经典Timoshenko梁理论,参照已建大跨预应力混凝土箱梁的截面尺寸,简化选取等截面悬臂箱梁为分析对象建立了空间有限元模型.按不考虑剪切变形和考虑剪切变形两种情况计算了箱梁的挠度,分析了剪切变形的影响随箱梁高跨比的变化,并讨论了传统观点中的考虑剪切变形的高跨比门槛值在大跨径预应力混凝土箱梁挠度计算中的适用性.然后,建立了虎门大桥辅航道桥的施工阶段分析模型,模拟箱梁的实际悬臂施工过程,分析了剪切变形对箱梁挠度的影响规律,计算并探讨了箱梁的长期徐变挠度,进而推算了箱梁的剪切徐变挠度.分析结果表明,剪切徐变是造成箱梁持续下挠的原因之一.     

装配式钢筋混凝土管型通道地震响应分析

文章通过沿人工边界设置一系列由弹簧和阻尼器组成的简单物理元件的黏弹性人工边界来模拟无限地基,建立了土-装配式钢筋混凝土管型通道地震动力相互作用的二维有限元模型。利用ANSYS中APDL参数化语言编制了相应的程序,对某装配式钢筋混凝土管型通道进行了地震响应分析,探讨了其动力反应特性及动力响应规律,以期对实际工程建设有所裨益。     

不同措施对热带海洋砼结构服役寿命的影响

海工钢筋混凝土结构由于长期受到海洋盐雾大气、浪溅与潮汐、高温等环境因素作用,大量氯离子侵入混凝土中,致使结构中的钢筋严重锈蚀,从而使混凝土结构难以达到50年的设计寿命要求.本文基于修正的氯离子扩散理论与可靠度理论,通过南海实际工程来探讨一些结构措施和附加措施对海工混凝土服役寿命的影响.结果表明:增大结构的保护层厚度能有效延长结构的服役寿命.对混凝土结构施加一定的附加防护措施,也能够有效地延长混凝土结构在热带海洋环境下的服役时间.最有效的附加防护措施是采用不锈钢钢筋,但是价格太高而应用受限,比较适用的是硅烷外涂或者使用阻锈剂,但对于一维结构而言仅仅使用其中一种并不能保证结构50年的设计寿命.