探析基于ansys的混凝土结构碳化过程数值模拟分析

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1、分类号UDC密级编号午前大学CE全nRAI．SOU田HUNIVERSITY硕士学位论文论文题目⋯燕雯一删斛§⋯墅．堡塑圭绔构学科、专业研究生姓名导师姓名及专业技术职务碳化过程数值模拟分析结构工程王路"W-卫军教授2010年12月]原创性声明jDilIIIIIIII111111IY1915786本人声明，所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除厂论文中特别加以标沣和敏谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位

2、或证书而使用过的材料。与我共同【=作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：不鲤≥率Ej期：幽垃年j砂】垒日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省宵天部I、J规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校町以公布学位论文的仑部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中因科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。们作者签名：j脚

3、导师签名兰∑牛二一Ej期：业年彬j4日每鼻摘要碳化能引起混凝土结构中的钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂甚至剥落，对结构安全带来严重的隐患。碳化对结构的影响始终是混凝土结构耐久性研究的重点问题之一。混凝土碳化过程包括C02在混凝土的扩散过程，C02与混凝土中可碳化物质的反应过程，再加上混凝土本身条件和外部环境等众多影响因素对碳化的影响，使混凝土碳化过程变的非常复杂。本文基于混凝土结构碳化机理，根据质量守恒定律，推导出了混凝土结构碳化过程的控制方程，并基于有限元原理，应用变分法对碳化过程控制方程进行了数值求

4、解分析，得到了C02扩散系数矩阵、形函数矩阵和碳化反应矩阵，确定了有限元数值求解的基本过程。C02扩散系数和碳化反应速率是混凝土碳化过程的两个重要影响因素。本文基于碳化过程的偏微分方程，对影响C02扩散系数和碳化反应速率的外部环境温度，湿度，及C02浓度等因素进行了讨论，形成了确定C02扩散系数和碳化反应速率的计算公式。本文在分析了混凝土结构碳化过程和热传导过程相似性的基础上，通过参数转化，APDL编程，采用ANSYS的热分析模块对碳化过程进行了计算机模拟仿真，并基于试验结果进行了模型校准。根据所

5、建立的计算模型，对混凝土碳化过程各影响因素进行了参数敏感性分析。从分析结果可以看出，温度、湿度和C02浓度对混凝土的碳化有明显影响，而湿度、浓度对混凝土碳化的影响最为敏感。根据本文所形成的数值分析计算体系，作者以混凝土T型截面梁为例，对处于不同地区环境中的混凝土结构碳化过程进行了分析，获得了与实际情况较为符合的碳化发展规律；对处于碳化环境中的不同的T型截面角部构造进行了数值分析，获得了圆形角部构造较为对抵抗碳化有利的结果。本文工作表明，基于混凝土结构碳化过程的控制方程，通过深入研究C02扩散系数和

6、碳化反应速率的变化规律，能够实现混凝土结构碳化过程的计算机数值仿真，由此为混凝土结构耐久性研究提供研究手段。关键词混凝土，碳化，数值分析ABSTRACTThesteellossprotectionaftertheconcretecarbonated，then，becauseofthepassivefilmisdestroyedandthesteelstarttocorrosion，thevolumeofsteelbeginstoexpand．ItCancauseseverecrackingeven

7、spallingofconcrete，andwillreducethebearingcapacity,ultimatelyendangerthestructuralsafety．CarbonationofconcreteincludesthediffusionprocessinconcreteandthereactionbetweenC02andmaterialinconcretethatcanbecarbonated．Coupledwithinfluencesofconcreteconditio

8、ns，externalenvironmentandmanyotherfactorsonthecarbonation，theconcretecarbonizationprocessbecomesverycomplicated．Basedonmechanismofearbonationofconcretestructureandconservationofmasslaw,thecarbonationprocessequationsisderived．Accordingtothefini