复杂应力环境下高层建筑深基础混凝土的应力关系研究,建筑材料论文.docx

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1、复杂应力环境下高层建筑深基础混凝土的应力关系研究,建筑材料论文本篇论文目录导航：【】【】【】【】 复杂应力环境下高层建筑深基础混凝土的应力关系研究【】 混凝土耐久性论文：复杂应力环境下高层建筑深基础混凝土的应力关系研究 内容摘要：研究高层建筑深基础在复杂应力环境下的力学特性，结果表示清楚：随着围压的逐步增大，混凝土试样的毁坏形式逐步由脆性向延性过渡，试样的峰值强度、峰值应变以及弹性模量均随围压的升高而逐步增大，且三者与围压之间均知足线性函数关系，拟合相关系数均在0.95以上。 本文关键词语：深基础; 水泥混凝土; 颗粒流; 三轴试验; 0 引言 随着城市建设的不断发展，高层建筑逐步增加，建筑物

2、高度不断被刷新。而建筑物高度的提升则意味着其基础埋深的增加，当建筑物基础到达一定深度时，就会遭到地层的构造应力作用。大多数建筑物基础均为水泥混凝土加钢筋构成。华而不实，水泥混凝土是由集料、胶凝材料组成的非匀质复合型材料，在外力作用下其力学性质及毁坏形式较为复杂。 在颗粒流方式方法中，刘璇等2利用三维颗粒流数值模拟方式方法PFC3D对水工沥青混凝土进行了三轴压缩数值模拟研究，分析了不同围压作用下水工沥青混凝土的细观特性，具有重要的研究意义。王正鑫等3同样基于颗粒流方式方法对冻融损伤后的混凝土试样进行了单轴压缩数值模拟试验，分析了冻融损伤对混凝土试样的细观特性的影响。 综上分析可知，在总结前人研究

3、的基础上，以辽宁某在建写字楼项目深基础为工程背景，采用颗粒流数值模拟方式方法对该项目深基础混凝土进行数值模拟研究，通过设置不同围压来模拟不同深度地层的复杂应力环境。从细观角度对复杂应力环境下混凝土的应力关系、毁坏形式做进一步研究，为高层建筑深基础混凝土提供可靠的理论根据。 1 混凝土配合比设计 为获得较为准确的细观参数，在进行数值模拟之前应先制备与实际工程一样的水泥混凝土。为模拟深基础混凝土所受的复杂应力环境，需对混凝土试件进行常规三轴压缩试验，通过对混凝土施加围压来近似模拟其在地层深部所遭到的构造应力。因而，粗集料尺寸应适当缩小。结合辽宁某在建写字楼项目，根据(普通混凝土配合比设计规程，计算

4、知足深基础混凝土的配合比为水泥：水：砂：粗集料=389:197:566:1321。将水泥、砂、粗集料混掺，然后加水搅拌均匀，最终制得直径50 mm、高100 mm的标准圆柱试件。混凝土三轴试验在MTS815.02多功能伺服试验系统上进行。根据基础埋置深度，设置围压分别为2 MPa、4 MPa、6 MPa和8 MPa。 2 数值模型建立 利用PFC3D对混凝土进行三轴压缩模拟时，峰值强度取决于颗粒之间的互相作用。在颗粒离散单元法中，颗粒之间的互相作用知足牛顿第二定律，不需要知足位移连续及变形协调方程，因而采用PFC3D对混凝土进行三轴压缩试验模拟是切实可行的。PFC数值模拟试验流程为：生成试样

5、参数赋值 预压 伺服机制施加围压 进行数值试验。为了便于模型建立，将混凝土材料视为由集料和胶凝材料组成，且不同类型材料均由球形颗粒代替，颗粒间接触采用平行黏结模型。 图1为颗粒流三轴压缩试验模型，华而不实顶面、底面墙体模拟刚性加载板，圆柱墙体模拟围压加载板，生成试样的直径和高度与室内试验试样一样 50 100 mm。图中深色颗粒为两种粗集料，粒径范围分别为1.01.05)mm和2.02.05)mm，白色颗粒为砂和水泥胶结材料，粒径范围为0.50.55)mm，三种粒径颗粒个数分别为6835、4101和2374个。试验经过中圆柱墙体则通过伺服机制对试样施加恒定围压，当围压到达预定值时，通过上下加载

6、板对试样施加轴压直至试样失稳毁坏。 图1 混凝土三轴压缩试验模型 3 试验结果分析 图2为不同围压下，深基础混凝土试样的常规三轴压缩应力 应变曲线。由图2可知，混凝土试样的应力 应变曲线具有与岩石类材料类似的特征，可分为4个变形阶段，即弹性阶段、塑性委屈服从阶段、峰后应力跌落阶段和残存余留阶段。当围压较低时，试样到达峰值强度后迅速跌落，峰后曲线较为 陡峭 ，当围压较高时，试样的峰后曲线有延缓趋势，表示清楚围压的增大使试样逐步由脆性毁坏转变为塑性毁坏。且从图2中还能够明显看出，围压的增大使得试样的峰值强度逐步提升。 表1为不同围压下的混凝土的三轴压缩数值试验结果。从表1能够看出，随着围压的逐步增

7、大，试样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均呈逐步递增趋势变化。可见，围压随混凝土的宏观力学参数具有显着的提升作用，且围压对峰值强度影响最大，其次为峰值应变，最后为弹性模量。 图2 不同围压下混凝土试样的三轴压缩应力-应变曲线 表1 混凝土数值试验统计结果 根据表1绘制各力学参数随围压的分布曲线如此图3所示，采用Origin软件对各力学参数进行最小二乘拟合发现，混凝土试样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均与围压之间知足线性函数关系，三者与围压之间的拟合相关系数均在0.95以上，表示清楚三者与围压之间具有良好的相关性。 4 结束语 (1基于PFC3D建立了知足工程实际的混凝土三轴试验数值试样，通过参数

8、标定找到了知足混凝土数值试验细观参数。 图3 混凝土试样的宏观力学参数与围压之间的关系 (2随着围压的逐步增大，深基础混凝土试样的峰值强度、峰值应变和弹性模量均呈逐步增大趋势，围压由2 MPa增大至8 MPa，试样的峰值强度提升了53.42%，峰值应变提升了29.90%，弹性模量提升了21.01%。围压对峰值强度的影响更强。 (3采用Origin软件拟合发现，峰值强度、峰值应变和弹性模量均随围压呈线性递增变化，三者与围压之间的拟合相关系数均在0.95以上，表示清楚三者与围压之间具有良好的线性相关性。 以下为参考文献 1赵全满，张响亮，周浩.基于离散元的水泥混凝土细观模拟试验J.公路交通科技，2021,33(12):48-55. 2刘璇，唐新军，王建祥.水工沥青混凝土三轴试验的三维细观模拟J.水利与建筑工程学报，2021,15(3):35-39. 3王正鑫，司政，周邠鹏.基于颗粒流离散元法的混凝土冻融损伤单轴试验模拟D.西安：西安理工大学，2021.