新老混凝土粘结的约束收缩有限元模拟及分析

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1、第25卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO-42008年12月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2008新老混凝土粘结的约束收缩有限元模拟及分析陈峰，郑建岚，俞柏良(福州大学土木工程学院，福建福州350002)摘要：在自密实混凝土与老混凝土约束收缩试验的基础上，本文采用大型有限元软件ABAQUS进行了新老混凝土粘结的约束收缩模拟，并与试验结果进行比较，以验证有限元模型的可行性。同时从应力分析的角度研究在约束收缩的作用下，新老混凝土粘结的应力分布规律，考察新混凝土强度对约束收缩的影响，为采用自密实混凝土作为新混凝土进行结构的加固设计

2、提供一定的参考依据。关键词：白密实混凝土：约束收缩；粘结；有限元法；应力分布中图分类号：TU528．01文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)04．0219—04在自密实混凝土的加固与修复工程中会遇(3)混凝土线膨胀系数取1×10一／~C，到混凝土的收缩问题【l】。老混凝土往往收缩已泊松比均为0．2，混凝土的比重为2300kg／m。：经基本停止，而新浇混凝土要收缩就会受到老(4)结合工程实际，一般新老混凝土粘结混凝土的约束而引起拉应力。如果拉应力超过面都有经过粗糙处理，在不受外荷载的情况下新混凝土的抗拉强度或新老混凝土的粘结强可以不考虑新老混凝土之间的粘结滑移，认为

3、度，就容易产生裂缝，影响结构的承载力和耐新老混凝土能紧密粘结。久性J。因此，需要深入研究新老混凝土粘结1．2新混凝土的弹性模量收缩引起的应力与变形问题。本文采用有限元老混凝土由于成型时间较长，其变形已基分析软件ABAQUS对新老混凝土粘结的约束本稳定，其弹性模量，可在浇筑新混凝土前收缩进行模拟分析，将计算结果与试验结果进通过试验取值。对于新混凝土，其弹性模量随行比较以验证所建有限元模型的准确性，并分时间不断变化，可按文献[3，4]给出的混凝土弹析探讨粘结面以及新混凝土上的应力分布。性模量随龄期发展的公式计算，E(t)=Eo(1一∞)(1)1有限元模型的建立式中，为混凝土弹性模量终值

4、(MPa)；t为1．1基本假定龄期(d)；肋常数。根据新老混凝土粘结面的受力特点，在对于C40～C45自密实混凝土，本章进行了ABAQUS有限元分析中可做如下基本假定：自密实混凝土弹性模量试验，测定自密实混凝(1)凝土为均质材料且各向同性；土3d，7d，14d和28d的弹性模量与抗压强(2)在整个新混凝土的截面高度内，自由度(表1)，然后采用式(1)对弹模试验数据进收缩沿截面高度是均匀的，不随混凝土高度的行拟合，分别得到两种强度混凝土弹性模量随变化而变化；时间的发展关系，以便建模时使用。表1自密实混凝土不同龄期的弹性模量和抗压强度收稿日期：2008—06—24作者简介：陈峰(198

5、0一)，男，福建福州人，博士研究生，研究方向为高强高性能混凝土，knicks2000@163．com。基金项目：国家自然科学基金(50478003)。·220·华中科技大学学报(城市科学版)2008年为简化计算，将△f时间间隔内的弹性模量4035取为一定值，取此时间间隔内中点时刻的弹性模量，即t=(tn-l+t)／2=t+O．5At时刻的弹薹20性模量。考虑混凝土徐变的影响，将该时间间隔菱：内的弹性模量用混凝土的有效弹性模量来代替，O20406O80即E，(f)=E(t)／(1+(f))，其中，(f)为混凝t／d土徐变系数，可由文献【l，5】中的相应公式计算。1．3分析方法5O0本

6、文采用一种计算收缩的实用处理方法——400当量温差法刚。该方法实质上是初应变法，先230o根据线膨胀系数，将收缩换算成“收缩当量温差”，然后将当量温差作为场荷载加载到新混凝土上以鐾2oo实现新混凝土的收缩。萋o01．4建立模型O由于新、老混凝土在材料性质方面存在着较O204O6O8Ot／d大的差异，因此本文创建2个部件，分别代表新混凝土和老混凝土，新老混凝土都采用三维实体(b)单元(C3D8R)。由于不考虑新老混凝土之间的图2SCC1试验结果与ABAQUS计算结果的比较粘结滑移，可以认为新老混凝土之间有紧密的接350触，因此本文采用绑定约束(tie)来模拟[。本3000250模型中

7、将新混凝土的粘结面定义为从面，而将老200混凝土的粘结面定义为主面。髫15o婷1002计算结果比较一50选用C45一C40这两种强度的自密实混凝土O204O608O粘结试件(分别用SCC1，SCC2表示)的试验结t／d果与有限元分析进行比较，构件尺寸及材料力学(a)性能均采用试验实测值。测点布置如图1所示。500由于粘结面处新混凝土受到老混凝土紧密约束，400收缩值几乎没有，因此本文只将试验中的2，30300测点的平均收缩应变与有限元模型计算结果进行比较，如图2～3所