復雜應力環境下高層建筑深基礎混凝土的應力關系研究,建筑材料論文本篇論文目錄導航：【】【】【】【】復雜應力環境下高層建筑深基礎混凝土的應力關系研究【】混凝土耐久性論文：復雜應力環境下高層建筑深基礎混凝土的應力關系研究內容摘要：研究高層建筑深基礎在復雜應力環境下的力學特性，結果表示清楚：隨著圍壓的逐步增大，混凝土試樣的毀壞形式逐步由脆性向延性過渡，試樣的峰值強度、峰值應變以及彈性模量均隨圍壓的升高而逐步增大，且三者與圍壓之間均知足線性函數關系，擬合相關系數均在0.95以上。本文關鍵詞語：深基礎;水泥混凝土;顆粒流;三軸試驗;0引言隨著城市建設的不斷發展，高層建筑逐步增加，建筑物高度不斷被刷新。而建筑物高度的提升則意味著其基礎埋深的增加，當建筑物基礎到達一定深度時，就會遭到地層的構造應力作用。大多數建筑物基礎均為水泥混凝土加鋼筋構成。華而不實，水泥混凝土是由集料、膠凝材料組成的非勻質復合型材料，在外力作用下其力學性質及毀壞形式較為復雜。在顆粒流方式方法中，劉璇等[2]利用三維顆粒流數值模擬方式方法〔PFC3D〕對水工瀝青混凝土進行了三軸壓縮數值模擬研究，分析了不同圍壓作用下水工瀝青混凝土的細觀特性，具有重要的研究意義。王正鑫等[3]同樣基于顆粒流方式方法對凍融損傷后的混凝土試樣進行了單軸壓縮數值模擬試驗，分析了凍融損傷對混凝土試樣的細觀特性的影響。綜上分析可知，在總結前人研究的基礎上，以遼寧某在建寫字樓項目深基礎為工程背景，采用顆粒流數值模擬方式方法對該項目深基礎混凝土進行數值模擬研究，通過設置不同圍壓來模擬不同深度地層的復雜應力環境。從細觀角度對復雜應力環境下混凝土的應力關系、毀壞形式做進一步研究，為高層建筑深基礎混凝土提供可靠的理論根據。1混凝土配合比設計為獲得較為準確的細觀參數，在進行數值模擬之前應先制備與實際工程一樣的水泥混凝土。為模擬深基礎混凝土所受的復雜應力環境，需對混凝土試件進行常規三軸壓縮試驗，通過對混凝土施加圍壓來近似模擬其在地層深部所遭到的構造應力。因而，粗集料尺寸應適當縮小。結合遼寧某在建寫字樓項目，根據(普通混凝土配合比設計規程〕，計算知足深基礎混凝土的配合比為水泥：水：砂：粗集料=389:197:566:1321。將水泥、砂、粗集料混摻，然后加水攪拌均勻，最終制得直徑50mm、高100mm的標準圓柱試件。混凝土三軸試驗在MTS815.02多功能伺服試驗系統上進行。根據基礎埋置深度，設置圍壓分別為2MPa、4MPa、6MPa和8MPa。2數值模型建立利用PFC3D對混凝土進行三軸壓縮模擬時，峰值強度取決于顆粒之間的互相作用。在顆粒離散單元法中，顆粒之間的互相作用知足牛頓第二定律，不需要知足位移連續及變形協調方程，因而采用PFC3D對混凝土進行三軸壓縮試驗模擬是切實可行的。PFC數值模擬試驗流程為：生成試樣參數賦值預壓伺服機制施加圍壓進行數值試驗。為了便于模型建立，將混凝土材料視為由集料和膠凝材料組成，且不同類型材料均由球形顆粒代替，顆粒間接觸采用平行黏結模型。圖1為顆粒流三軸壓縮試驗模型，華而不實頂面、底面墻體模擬剛性加載板，圓柱墻體模擬圍壓加載板，生成試樣的直徑和高度與室內試驗試樣一樣〔50100mm〕。圖中深色顆粒為兩種粗集料，粒徑范圍分別為〔1.0～1.05)mm和〔2.0～2.05)mm，白色顆粒為砂和水泥膠結材料，粒徑范圍為〔0.5～0.55)mm，三種粒徑顆粒個數分別為6835、4101和2374個。試驗經過中圓柱墻體則通過伺服機制對試樣施加恒定圍壓，當圍壓到達預定值時，通過上下加載板對試樣施加軸壓直至試樣失穩毀壞。圖1混凝土三軸壓縮試驗模型3試驗結果分析圖2為不同圍壓下，深基礎混凝土試樣的常規三軸壓縮應力應變曲線。由圖2可知，混凝土試樣的應力應變曲線具有與巖石類材料類似的特征，可分為4個變形階段，即彈性階段、塑性委屈服從階段、峰后應力跌落階段和殘存余留階段。當圍壓較低時，試樣到達峰值強度后迅速跌落，峰后曲線較為陡峭，當圍壓較高時，試樣的峰后曲線有延緩趨勢，表示清楚圍壓的增大使試樣逐步由脆性毀壞轉變為塑性毀壞。且從圖2中還能夠明顯看出，圍壓的增大使得試樣的峰值強度逐步提升。表1為不同圍壓下的混凝土的三軸壓縮數值試驗結果。從表1能夠看出，隨著圍壓的逐步增大，試樣的峰值強度、峰值應變及彈性模量均呈逐步遞增趨勢變化。可見，圍壓隨混凝土的宏觀力學參數具有顯著的提升作用，且圍壓對峰值強度影響最大，其次為峰值應變，最后為彈性模量。圖2不同圍壓下混凝土試樣的三軸壓縮應力-應變曲線表1混凝土數值試驗統計結果根據表1繪制各力學參數隨圍壓的分布曲線如此圖3所示，采用Origin軟件對各力學參數進行最小二乘擬合發現，混凝土試樣的峰值強度、峰值應變及彈性模量均與圍壓之間知足線性函數關系，三者與圍壓之間的擬合相關系數均在0.95以上，表示清楚三者與圍壓之間具有良好的相關性。4結束語(1〕基于PFC3D建立了知足工程實際的混凝土三軸試驗數值試樣，通過參數標定找到了知足混凝土數值試驗細觀參數。圖3混凝土試樣的宏觀力學參數與圍壓之間的關系(2〕隨著圍壓的逐步增大，深基礎混凝土試樣的峰值強度、峰值應變和彈性模量均呈逐步增大趨勢，圍壓由2MPa增大至8MPa，試樣的峰值強度提升了53.42%，峰值應變提升了29.90%，彈性模量提升了21.01%。圍壓對峰值強度的影響更強。(3〕采用Origin軟件擬合發現，峰值強度、峰值應變和彈性模量均隨圍壓呈線性遞增變化，三者與圍壓之間的擬合相關系數均在0.95以上，表示清楚三者與圍壓之間具有良好的線性相關性。以下為參考文獻[1]趙全滿，張響亮，周浩.基于離散元的水泥混凝土細觀模擬試驗[J].公路交通科技，2021,33(12):