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土工膜在工程中的稳定性能

时间:2018-02-03 08:02   作者:青岛梦想材料 点击:

  本研究所分析(Analyse)对象为两组1000mm x 400mm x 200mm的混凝土受拉构件,端部约束为固定(fixed)约束或具有一定线刚度的弹性约束。其中一组为素混凝土受拉构件,另一组为聚丙烯纤维混凝土受拉构件。混凝土受拉构件在受温降荷载作用时,除两端的局部区域外,受力状态可认为呈单向受拉状态,故可选用常规的4结点线性等参元进行模拟。随机场在此模型中采用局部均匀随机场,整个模型包含10个几何尺寸相等的局部均匀机场,每个随机场包含16个单元。    在探讨聚丙烯纤维的抗温阻裂机理时,采用逐步逼近的方法,分别统计样本数N= 50, 200, 1000时的研究指标。对于素混凝土受拉构件,首先需定义其随机抗拉强度及随机弹性模量。在此假定混凝土强度等级为C30,则No=30, }=0.14,将上述值代入3.1,  3.2式,分别得出C30素混凝土随机抗拉强度及随机弹性模量概率密度函数(式3.11、式3.12)。对于C30强度等级的聚丙烯纤维混凝土受拉构件,土工膜弹性段的随机抗拉强度与随机弹性模量的概率密度函数与上两式相同。其软化段的随机断裂能的概率密度函数为式。    鉴于温降荷载对地铁等地下结构混凝土受拉构件开裂的重要影响(influence),本文以各单元随机温降荷载为荷载研究对象。在产生各单元随机温降荷载时,本文取(To ,  T)间的均匀分布随机数兀与不的值可据工程(Engineering)实地的气温统计资料(Means)而定。    由聚丙烯纤维混凝土受拉构件材料(Material)参数的概率密度函数得出一组随机值,并进行常规有限元分析(Analyse),得到单元应力一应变全程响应曲线如图3.6示。可得知,单元极限拉应力约为1.93MP,即为随机场中抗拉强度最低的随机场6的单元抗拉强度;单元应力达到抗拉强度后,并未立即下降,而是随着拉应变的增加而略有降低,直到拉应变达到9.3 e-5才陡然下降。因此,可对固定约束下聚丙烯纤维混凝土抗温阻裂过程(guò chéng)作如下阐述:由于混凝土先天的材料品质不均,导致(cause)局部区域的抗拉强度不等,在受到温降等导致拉应力出现的荷载作用时,其抗拉强度最低的区域开始产生    实际工程中,混凝土结构一般可简化为两端受一定线刚度的弹性约束。为使分析(Analyse)更具有代表性和实用性,将3.3.1中所述模型的固定约束改为具有一定线刚度的弹性约束。混凝土结构采用和固定约束一样的单元模型,各随机场单元的性质定义,约束刚度信息及各工况下弹性极限应变值见表3.2。不同线刚度约束下单元应力一应变全程响应如图3.7,图3.8。从中可得出混凝土开裂失稳时的单元应变值随着端部约束线刚度的减弱而增大,这也表明在温降荷载作用下,混凝土构件端部约束越弱,越可以延缓其失稳开裂的产生,从而起到一定的抗温阻裂作用。
    分别统计素混凝土受拉构件脆断时的温降值和聚丙烯纤维混凝土构件到达极限点时的温降值,得到温降频数百分比分布图(图3.9,图3.10)。青岛土工膜以塑料薄膜作为防渗基材,与无纺布复合而成的土工防渗材料,它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。样本数较少时,无论是素混凝土受拉构件,还是聚丙烯纤维混凝土受拉构件,其抗拉极限状态温降值分布较散,随着样本值的增加,温降值逐渐呈现单峰分布,到样本数N=1000时,其分布已完全近似于正态分布,经拟合得构件极限状态温降值概率密度函数(式3.15、式3.16)。素混凝土断裂温降值基本符合正态分布,即T}-N(7.60, 0.3 5),由此可知,素混凝土受拉构件在降低7.6度时,发生断裂的机率最高。由14式可知,聚丙烯纤维混凝土受拉构件抗拉极限状态温降值基本符合正态分布,即T}-N(8.94,0.49),由此可知,聚丙烯纤维混凝土在降低8.94度时,破坏(vandalism)的机率最高。在混凝土构件中掺加聚丙烯纤维而具有一定的断裂能后,其抗拉极限状态的温降值增加了近1.5度(图3.11),这从Monte-Carlo随机有限元的角度定量证明(zhèng míng)了聚丙烯纤维是通过(tōng guò)提高混凝土的韧性指标,即断裂能的大小来增强其抗温阻裂能力的。    对端部完全刚度约束和两种不同线刚度约束的混凝土结构进行Monte-Carl。法分析(Analyse),并统计样本值为1000时后两者到达抗拉极限状态时的温降值分布,得到其概率密度函数(式3.17、式3.18)。比较三种不同端部线刚度约束的混凝土结构的抗拉极限
温降值分布(图3.12),可得到,工况二下混凝土到达抗拉极限状态的最大概率温降值约为9.8度,工况三下约为10.5度,随着端部约束线刚度的减弱,混凝土结构达到抗拉极限状态的温降值加大,这说明混凝土与土工膜结构并不是就一定会在温降荷载作用开裂渗漏,其收缩变形的约束条件也是极其重要的影响(influence)因素。青岛膨润土防水毯生产工艺可分为:针刺法钠基膨润土防水毯、针刺覆膜法钠基膨润土防水毯以及胶粘法钠基膨润土防水毯。因此,适当控制(control)约束的强弱也是控制地铁车站混凝土结构开裂渗漏的有效措施之一。
    对素混凝土、聚丙烯纤维混凝土随机有限元结果中的最大应力峰值(peak)进行统计,得出聚丙烯纤维混凝土与素混凝土的应力峰值的平均值分别为1.715MPa,  1.712MPa}掺加聚丙烯纤维后抗拉应力峰值只提高了 0.18%。青岛土工格栅经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材,按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,然后在加热条件下施行定向拉伸。由此可见,聚丙烯纤维混凝土的抗拉强度与素混凝土基本相同,并无显著提高,而传统的聚丙烯纤维阻裂评价指标主要依赖抗拉强度,但通过(tōng guò)随机有限元的理论分析(Analyse),发现这一评价指标并不理想,应选择(xuanze)断裂能等与韧性有关的评价指标。
   

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