混凝土热-化学-损伤耦合模型与高坝碱骨料反应开裂研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51209120
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0906.水工结构
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Alkali-Aggregate Reaction (AAR) is the leading cause of dam concrete deterioration, reducing the durability of the structure. AAR is a chemical reaction between amorphous silica present in reactive aggregate and alkali in pore solution. The principal manifestation of AAR is the formation of a hydrate gel, which swells by imbibition of free water and destroys the matrix bonds and causes fracturing of aggregates and the surrounding cement paste. AAR in the realistic structures usually needs a very long period of more than 10 years to take place. This slow-evolving internal concrete damage is causing millions of dollars of damage worldwide, whereas there is no (economically) feasible method to stop the reaction, though it can be mitigated to some extent. Concrete dams may meet a risk of suffering durability problem due to AAR during their operation period in the coming decades. In addition, a number of concrete dams are located in southwest China, where is a high seismic intensity zone. Therefore, an efficient numerical modeling is required for analyzing and predicting long-term expansion deformations and damage cracking of concrete dams subjected to AAR during operation period. Seismic safety of the AAR-affected concrete dams, in which AAR expansion deformation and cracking reduce the stability of the structure, is also needed to be assessed. .In the present work, a thermal-chemical-damage model for concrete is first proposed to analyze expansion deformation and damage cracking of AAR-affected structures at the macroscopic scale. The interaction among temperature field, stress field and chemical reaction process is investigated. Subsequently, degradation of mechanical properties of concrete and mechanism of swelling in accordance with AAR are examined using the meso-scale discrete particle modeling. The mechanical properties deteriorate with AAR extent over time. The AAR swelling exhibits anisotropic at a certain stress state. The mechanical properties and the anisotropic swelling are then linked with the macro-scale modeling for analysis of AAR-affected structures during their long-term operation periods. Finally, a unified modeling is established by combining the thermal-chemical-damage coupling model with the seismic analysis modeling of arch dam-foundation system previously proposed by the applicant, and it is applied to predict deformations and damage cracking of concrete dams subjected to AAR and assess the corresponding seismic safety.
碱骨料反应是损害大坝混凝土耐久性的主要原因之一,其表现为骨料所含的碱活性物质与水泥砂浆中的碱溶液发生化学反应,产物吸水膨胀,导致混凝土骨料和砂浆开裂。在未来的几十年内,我国混凝土坝存在碱骨料反应的风险。另外,我国很多高坝建于高地震烈度区。因此,需建立有效的数值模型分析和预测混凝土坝因碱骨料反应引起的变形与开裂,并校核其抗震安全性。.本项目拟研究温度场、化学反应过程、应力场的耦合问题,建立分析宏观结构碱骨料反应膨胀和开裂的混凝土热-化学-损伤耦合模型;基于颗粒离散元细观模型研究碱骨料反应过程材料力学参数退化与各向异性膨胀机制,为宏观模型提供可靠的材料参数,为结构提供各向异性变形准则;在拱坝系统抗震分析模型中引入热-化学-损伤耦合模型形成拱坝长期碱骨料反应与地震响应的统一分析模型。成果可用于遭受碱骨料反应病害的混凝土坝膨胀变形和损伤破坏的分析与长期预测,评价其运行过程中各阶段的抗震稳定性。

结项摘要

碱骨料反应是损害大坝混凝土耐久性的主要原因之一,其表现为骨料所含的碱活性物质与水泥砂浆中的碱溶液发生化学反应,产物吸水膨胀,导致混凝土骨料和砂浆开裂,从而造成结构稳定安全性受到损害。碱骨料反应一般持续数年,乃至数十年,对混凝土结构的危害是长久的。随着我国混凝土坝不断投入服役运行,在未来的30~50年,这些混凝土坝存在遭受碱骨料反应危害的风险。另外,我国很多高坝建于西南高地震烈度区,其服役生命周期内,极有可能遭受地震的考验。因此,混凝土坝长期服役碱骨料反应危害,以及受损混凝土坝抗震安全性问题,亟待进行深入的研究。本项目建立了混凝土细观碱骨料反应模型,研究了混凝土碱骨料反应引起材料细观损伤演化过程,揭示了碱骨料反应的膨胀机制及其引起混凝土材料劣化的机理,建立了碱骨料反应造成混凝土力学性能降低与碱骨料反应程度的关系,搭建了细观与宏观材料碱骨料反应损伤演化之间的桥梁;基于细观分析结果,建立了化学、力、热多场耦合的混凝土坝全生命周期细宏观跨尺度热-化学-损伤模型,分析和预测了碱骨料反应作用下混凝土坝长期服役的工作性态;建立了碱骨料反应混凝土坝长期性态和瞬态抗震分析统一模型,研究了老化混凝土坝的抗震安全性。该项目研究成果极大地促进了混凝土碱骨料反应与大坝长期服役老化研究理论水平的提高,加深了对混凝土碱骨料反应劣化机理和老化大坝服役工作性能的认识。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
混凝土碱骨料反应力学性质劣化机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    水利学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘坚文;蔡小莹;张楚汉
  • 通讯作者:
    张楚汉
Meso-scale particle modeling of concrete deterioration caused by alkali-aggregate reaction
碱骨料反应引起的混凝土劣化的细观颗粒模型
  • DOI:
    10.1002/nag.2157
  • 发表时间:
    2013-11-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL AND ANALYTICAL METHODS IN GEOMECHANICS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Pan, Jianwen;Feng, Y. T.;Owen, D. R. J.
  • 通讯作者:
    Owen, D. R. J.
基于实测资料的龙开口碾压混凝土重力坝温度仿真分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    水力发电学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐小蓉;潘坚文;王进廷;杨剑;卢吉
  • 通讯作者:
    卢吉
堆石混凝土抗压强度影响因素细观分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    水力发电学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钟文;潘坚文
  • 通讯作者:
    潘坚文
Collapse Modeling of a Masonry Arch Dam Using the Cohesive Interface Elements
使用粘性界面元素对砌体拱坝进行倒塌建模
  • DOI:
    10.1155/2015/139586
  • 发表时间:
    2015-05
  • 期刊:
    Mathematical Problems in Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Pan, Jianwen
  • 通讯作者:
    Pan, Jianwen

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

用改进扩展有限元法研究重力坝强震断裂过程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    水利学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘坚文;张楚汉;徐艳杰
  • 通讯作者:
    徐艳杰
混凝土碱骨料反应及力学性能细观模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋百姓;柯国军;潘坚文
  • 通讯作者:
    潘坚文
胶结颗粒料力学行为与声发射信号特征
  • DOI:
    10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.055
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    清华大学学报 (自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王卫;汪博浩;赵云天;潘坚文;金峰
  • 通讯作者:
    金峰
溪洛渡拱坝模态参数识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    水力发电学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李帅;潘坚文;罗广衡;邱奕翔;时洪涛;王进廷
  • 通讯作者:
    王进廷
高混凝土坝抗震安全评价的关键问题与研究进展
  • DOI:
    10.13243/j.cnki.slxb.20151204
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    水利学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张楚汉;金峰;王进廷;徐艳杰;潘坚文
  • 通讯作者:
    潘坚文

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

潘坚文的其他基金

混凝土坝长期运行与抗震安全
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    120 万元
  • 项目类别:
    优秀青年科学基金项目
高拱坝坝踵真实工作机制宏细观研究与安全评价方法
  • 批准号:
    51579133
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    63.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码