混凝土三相模型中氯離子擴(kuò)散的邊界元法及耐久性分析.pdf

1、傳統(tǒng)的均勻混凝土模型無法準(zhǔn)確反映氯離子在混凝土中的擴(kuò)散和積聚規(guī)律。本文把混凝土當(dāng)作由砂漿、骨料和界面過渡區(qū)組成的三相復(fù)合材料，建立了混凝土三相全時域初值推進(jìn)邊界元模型，分析了骨料隨機(jī)分布條件下氯離子在混凝土中的擴(kuò)散和分布規(guī)律，并結(jié)合海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的極限狀態(tài)方程，開展了氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性可靠指標(biāo)分析。
　　本文的主要研究工作和結(jié)論包括:
　　(1)基于混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子均勻擴(kuò)散的單連域邊界元模型，將混凝土視

2、為三相材料，通過劃分出砂漿擴(kuò)散區(qū)和界面過渡擴(kuò)散區(qū)，并在粗骨料邊界與界面過渡區(qū)之間、界面過渡區(qū)與混凝土邊界之間引入虛擬邊界，推導(dǎo)得到混凝土中氯離子擴(kuò)散的雙擴(kuò)散區(qū)多連域邊界積分方程，進(jìn)而研究建立基于混凝土三相模型的氯離子擴(kuò)散全時域初值推進(jìn)邊界元法，分析表明，該方法只需在空間域和時間域上進(jìn)行稀疏離散，在保證計算精度的同時具有較高的計算效率;
　　(2)基于所建立的混凝土中氯離子擴(kuò)散的三相邊界元模型，開展單顆骨料投放、多顆圓形骨料均勻投放

3、和多邊形骨料隨機(jī)投放條件下混凝土中氯離子擴(kuò)散過程模擬，分析骨料形狀、含量、級配、排列方式等骨料分布情況以及界面過渡區(qū)擴(kuò)散系數(shù)等材料參數(shù)對混凝土中氯離子濃度分布的影響，研究表明，骨料含量對混凝土中氯離子濃度的影響體現(xiàn)在兩個方面，因?yàn)轶w積分?jǐn)?shù)的原因，骨料對氯離子擴(kuò)散的阻滯作用較過渡區(qū)的加速通道作用更加明顯，當(dāng)骨料含量為20％至50％的范圍內(nèi)且骨料分布均勻時，混凝土中的氯離子濃度隨著骨料含量的提高而降低，骨料的形狀、級配和排列等因素的改變對混

4、凝土中的平均氯離子濃度分布影響不明顯;
　　(3)基于提出的骨料隨機(jī)投放下混凝土中氯離子擴(kuò)散的全時域初值推進(jìn)邊界元三相模型，建立氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的極限狀態(tài)方程，開展了考慮骨料空間隨機(jī)分布的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性可靠指標(biāo)分析，計算氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性可靠指標(biāo)，研究表明，當(dāng)骨料含量為20％至50％的范圍內(nèi)且骨料分布均勻時，提高骨料含量有助于提高結(jié)構(gòu)的耐久性可靠指標(biāo)，界面過渡區(qū)擴(kuò)散系數(shù)的提高會降低結(jié)構(gòu)的耐久性可靠指標(biāo)，而