研究生: |
蔡開宇 Kai-Yu Tsai |
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論文名稱: |
以數值分析探討孔隙率對混凝土彈性常數之影響 Study on Influence of Porosity on Elastic Constants of Concrete Using Numeric Analysis |
指導教授: |
張大鵬
Ta-Peng Chang |
口試委員: |
林宜清
Yi-Ching Lin 蕭添進 Tan-Genhs Xiao 鄧福宸 Fu-Chen Teng |
學位類別: |
碩士 Master |
系所名稱: |
工程學院 - 營建工程系 Department of Civil and Construction Engineering |
論文出版年: | 2018 |
畢業學年度: | 106 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 99/2/101 |
中文關鍵詞: | 有限元素法 、孔隙率 、卜松比 、彈性模數 |
外文關鍵詞: | finite element method, porosity, Poisson’s ratio, elastic modulus |
相關次數: | 點閱:255 下載:1 |
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孔隙是混凝土一項重要因子,它影響混凝土耐久性及工程性質,混凝土孔隙生成原因是在拌合與澆置時混入空氣,在混凝土內部留下空間,或為了增加混凝土工作性及耐久性,在製作過程中添加輸氣劑,產生數百萬顆許多獨立小氣泡,另一方面,透水性混凝以提高孔隙率達到透水目的。目前有關孔隙率對混凝土工程性質影響之研究,大部分在探討孔隙率與強度關係,有關孔隙率對彈性模數、卜松比影響之研究則較少。由於數值分析具有速度快、可獲取大量分析數據之優點,故本研究利用有限元素法建立4種混凝土孔隙比率模型,研究混凝土孔隙率與彈性模數及卜松比之關係。
本研究採用標準混凝土圓柱試體D100 mm、L200 mm,混凝土材料密度ρ = 2300 kg/m3,彈性模數E = 30 GPa及卜松比ν= 0.3,四種孔隙率分別為5%、10%、20%、40%,使用Abaqus有限元素軟體模擬靜態圓柱試體單軸抗壓試驗,得到相對應之卜松比為0.286、0.271、0.237、0.145,彈性模數為27.069 GPa、24.165 GPa、18.251 GPa、6.660 GPa,線性回歸得到孔隙率與卜松比、彈性模數關係式,經與文獻資料比較,數值分析結果接近文獻數據。
此外,多孔隙混凝土圓柱試體受到軸向壓力後,試體側面呈現大小不一之表面變形現象,孔隙率越大,不僅表面變型量越大,也更不規則,當孔隙率達40%時,圓柱試體有些位置呈現凹陷現象,將分析資料進行統計分析後,可以觀察到,孔隙率增加時,卜松比變異數也隨之增加,故量測孔隙率較大圓柱試體時,其側向變位誤差也較大。
Porosity is an important factor of concrete. It affects the durability and engineering properties of the concrete. There are two causes for the formation of concrete pores. One is due to the air being entrappd during the concrete mixing and placing, leaving space inside the concrete. The other is due to the addition of air entraining agent to produce millions of small independent air bubbles in the production process in order to increase the workability and durability of the concrete. On the other hand, the pervious concrete increases the porosity of concrete for the purpose of water permeability. Currently most of the related researches on influence of porosity on engineer porperties are focusing on the relationship between porosity and strength. There are few studies for the influence of porosity on elastic modulus and Poisson’s ratio. Becaue the numerical analysis has the advantages of high speed and getting large amount of data from analysis. Therefore, the finite element method is used in this study to establish four kinds of porosity models to find out the relationships among the porosity, the elastic modulus and the Poisson’s ratio.
In this study, standard cylindrical concrete specimens of D100 mm and L200 mm were used with the material properties of density ρ = 2300 kg/m3, elastic modulus E = 30 GPa, Poisson’s ratio ν = 0.3, and four kinds of porosity of 5%, 10%, 20%, 40% respectively. The finite element software of Abaqus was used to simulate the static uniaxial compression test of cylindrical specimens. The resulting Poisson’s ratios of 0.286, 0.271, 0.237, and 0.145, and the elastic modula of 27.069 GPa, 24.165 GPa, 18.251 GPa, and 6.660 GPa were obtained, respectively. By using linear regression, the relational formulas among the porosity, the Poisson’s ratio and the elastic modulus are found. In comparison with the results of publicized research papers, the results of numerical analysis are close to those on the papers.
In addition, after the pervious comcrete standard cylindrical specimens was subjected to the axial pressure, different deformation was shown at the lateral surface of the cylindrical specimen. The larger the porosity, the larger the deformation and the irregularity formed. When the porosity was increased to 40%, some parts of the specimen were concaved. After making statistical analysis of the result data, it was found that the variation of Poisson’s ratio increased as the porosity increased. It shows that when we measure the cylindrical specimen with lager porosity, the error of lateral displacement becomes larger also.
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