混凝土地下室筏基裂缝形成机理与数值分析

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混凝土结构建筑物在施工建设和使用过程中,出现不同程度与形式裂缝的现象非常普遍。高层建筑的普遍使用,也使得其地下室筏板的开裂问题日益突出。地下室结构混凝土裂缝的出现,不但降低了混凝土的力学性能,影响结构的耐久性,而且还会引起渗漏。本文研究的内容是选择能够较为准确地描述混凝土材料力学性能的损伤塑性本构模型。分析筏板基础在施工阶段由于温度应力作用而产生裂缝所造成的初始损伤存在的情况下,在上部结构荷载和地基不均匀沉降作用下的应力发展、沉降大小以及筏板损伤场分布。本文阐述了地下室筏板基础混凝土的开裂机理。基于瞬态温度场理论,利用ABAQUS有限元软件,采取顺序耦合的热应力分析方法,建立三维实体模型求解筏板基础温度场。分析得到筏板基础在施工阶段的温度场分布规律,并将其作为预定义场施加到筏板基础上,从而得到筏板基础的温度应力场。根据有限元计算结果,可以分析得到筏板基础的温度应力分布规律。将由施工阶段温度应力产生的裂缝作为初始损伤,对材料的力学性能进行折减,并选取混凝土损伤塑性本构模型,模拟筏板基础受到上部荷载和地基不均匀沉降的作用,得出筏板基础损伤场的数值解和分布情况,以及筏板基础应力-应变分布规律。最后,裂缝的开展方向可以通过等效塑性应变的概念来定义。裂缝面的法向矢量方向与最大塑性应变方向相互平行,因此裂缝的方向可以通过最大塑性应变的方向来显示。通过本文的研究方法可以得到钢筋混凝土地下室筏板基础的温度场和温度应力的分布,以及筏板基础在上部荷载与地基不均匀沉降作用下的应力、沉降以及损伤,为地下室筏板基础的裂缝控制提供有效的参考。
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