大体积混凝土后期裂纹成因分析

为减小大体积混凝土后期裂纹的产生,以某38m钢-混结合梁悬索桥北岸重力式锚碇为背景,对造成后期裂缝的成因进行分析。分析结果显示:分层龄期差造成上层混凝土的收缩受到下层混凝土的约束,从而使上层混凝土的底部承受较大的拉应力;外部温度在短时间内降低时产生的冷击效应导致混凝土表面产生附加拉应力;混凝土自身的收缩是由于混凝土膨胀剂掺量不足;结构自身抗温变构造钢筋不足,导致结构自身抵抗开裂的能力偏弱。     

控制混凝土沉井开裂的施工控制关键技术研究

沪通长江大桥主航道桥为主跨1 092m的双塔钢桁梁斜拉桥,桥塔墩采用86.9 m(长)×58.7m(宽)×105m(高)的沉井基础,针对超长超宽混凝土沉井易发生早期裂纹的情况,研究控制混凝土沉井开裂的施工关键技术。考虑造成混凝土沉井开裂的因素——混凝土水化热、混凝土收缩、温度梯度,确定采用分节分块浇筑混凝土、设置后浇段以及局部抗裂钢筋相结合的裂纹控制措施。在上游段设置后浇段+增设抗裂钢筋、留2处不设置后浇段的措施,中间段设置后浇段、不设抗裂钢筋的措施,下游段设置后浇段+增设抗裂钢筋,并布置测量元件监测结构应变和应力。结果证明,设置抗裂钢筋使混凝土收缩应力沿钢筋轴向均匀分布,避免在截断处出现应力集中,设置后浇段可使后浇段两侧一定范围的混凝土自由变形,释放混凝土收缩产生的拉应力,提高了混凝土的抗裂性能,避免了混凝土沉井出现裂纹。     

节段现浇预应力混凝土宽箱梁后浇湿接缝的早龄期受力分析及开裂控制

针对节段现浇预应力混凝土箱梁后浇湿接缝在早龄期因收缩导致的开裂问题,以嘉鱼长江公路大桥为背景,通过试验测试了该桥施工阶段箱梁混凝土早龄期力学性能,得到了箱梁节段混凝土的收缩预测模型。基于此,采用有限元软件Midas/FEA建立了湿接缝及相邻节段箱梁的有限元模型,分析了湿接缝在混凝土收缩作用下的应力场,并对不同的预应力张拉方案进行了分析。结果表明:湿接缝在混凝土收缩和相邻节段约束作用下,其在混凝土浇筑后第3 d在结合面位置由收缩导致的拉应力达到了1.8 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的87%,因此需在此时进行预应力的张拉以降低混凝土拉应力,防止混凝土在早龄期开裂;若湿接缝按常规方案张拉预应力,湿接缝早龄期最大主拉应力均小于混凝土即时抗拉强度,但其28 d最大主拉应力为2.75 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的93%,存在开裂风险;在该文提出的张拉方案下,湿接缝在早龄期最大主拉应力比常规方案降低了22.2%~32%,有效保证了后浇湿接缝在早龄期的抗裂性要求。     

实体薄壁花瓶型桥墩开裂的三维仿真分析

结合某互通立交实体薄壁花瓶型桥墩墩顶混凝土在施工完成后不久即发生开裂的现象,采用三维空间有限元仿真模型,对该型桥墩结构进行了细致的应力分析和开裂模拟。结果表明,由于墩顶横向受拉配筋不足导致墩顶混凝土开裂。设计中应重视实体薄壁花瓶型桥墩的横向受力分析,在未有可靠计算方法的情况下,建议采用空间有限元方法进行分析并指导花瓶型桥墩的配筋设计。     

连续刚构桥高墩实心段混凝土裂缝成因分析及处理措施

某连续刚构桥高墩单肢截面尺寸为4m×9m,首节实心段C50混凝土一次浇筑层高4m,浇筑后带模养护7d,拆模后墩身出现有规律的裂缝。为研究该高墩混凝土开裂原因,以及在混凝土中掺加10%膨胀剂作为处理措施的可行性,在实验室制备标准试件,测试了C50混凝土和掺膨胀剂的C50-P混凝土在恒温绝湿条件下的变形、干缩以及力学性能指标,采用有限元软件建立实心墩柱模型,分析混凝土温度历程和应力发展。结果表明:C50混凝土养护7d后撤掉养护措施,约1d后表面开裂;裂缝原因主要是约束作用下混凝土中心迅速降温与自生体积变形(收缩)相叠加,导致拉应力超过抗拉强度;C50-P混凝土在升温阶段产生的较大预压应力抵消了温度下降、体积收缩等因素产生的拉应力,在经历较长时间的降温和收缩后才出现拉应力,显著提高了抗裂性。该桥梁后续墩柱施工采用C50-P混凝土,桥墩未再开裂。     

水化热和徐变收缩对V形墩系梁应力的影响

针对一种带系梁的混凝土V形墩施工前期温度应力可能导致系梁开裂的的问题,采用空间有限元的分析方法,分别建立系梁分次浇筑及一次浇筑数值模型,根据施工步骤及主要工况分析V形墩系梁温度场及应力场的变化规律,研究徐变收缩与温度耦合作用的效应。研究表明,两种施工方案中,温度及应力仅在合龙段区域差异较大,分次浇筑时,两侧已浇筑的混凝土限制了合龙段的变形,合龙段的拉应力明显增长;徐变收缩与水化热的温度效应是相互影响的,浇筑早期的徐变收缩作用在可以降低水化热产生的拉应力,且温度越高其作用越明显;分次浇筑可减少后期收缩作用在系梁中产生的拉应力。     

连续配筋混凝土路面结构设计及施工探讨

由于水泥混凝土路面设置有胀缝、缩缝,使得下雨天时,雨水顺着接缝进入路基,容易造成路面水损害,发生唧泥、翻浆、错台等现象。在普通混凝土路面中设置较多的纵向配筋,利用配筋产生的纵向拉应力抵消混凝土收缩产生的应力,预防混凝土路面开裂,同时提高路面整体刚度。本文结合具体工程实例,对连续配筋混凝土路面结构的设计以及施工技术进行分析研究,为同类工程提供参考借鉴。     

竖向预应力施加顺序对PC连续刚构桥腹板混凝土开裂影响研究

以某大跨径PC连续刚构桥为依托，通过ABAQUS软件建立模型并分析PC连续刚构桥箱梁腹板混凝土开裂原因及竖向预应力施加顺序对腹板混凝土开裂的影响，结果表明：腹板混凝土开裂原因之一在于箱梁悬臂节段数量增加引起腹板混凝土内竖向拉应力增大所致，竖向预应力的施加可限制腹板混凝土内竖向拉应力的发展；滞后张拉工艺中，由于竖向预应力的滞后施加，无法起到提前遏制腹板混凝土竖向拉应力发展，从而导致腹板混凝土开裂风险较高。将竖向预应力施加顺序调整至纵向预应力施加之前，能有效降低腹板混凝土主拉应力值，减小腹板混凝土开裂风险。     

带模过冬工况下的连续刚构箱梁开裂机理研究

针对某大跨径预应力混凝土连续刚构桥箱梁带模过冬后的开裂机理展开研究。在详细调查了现场开裂情况的基础上,对开裂节段进行了空间实体有限元分析。分析结果表明,引起箱梁开裂的主要原因是:由于混凝土水化热和收缩的影响,在过冬期间混凝土与钢模板的变形存在差异,而模板拉杆阻碍了这一变形差异,从而在混凝土结构中造成较大主拉应力。若先张拉预应力再予以停工,则可以避免带模过冬引起的箱梁开裂。     

贫水泥混凝土基层刚性路面合理结构研究

为了研究贫水泥混凝土基层的水泥混凝土路面合理结构,建立了3种不同路面结构的有限元模型,计算了车辆荷载在临界荷位作用下的长边边缘拉应力和应变分布情况,同时对贫水泥混凝土模量和层间接触条件对拉应力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)直接在贫水泥混凝土基层下设置级配碎石或者其他低模量底基层/垫层,会引起贫水泥混凝土基层和面层层底产生过大的拉应力,使得路面出现过早破坏;(2)在面层和贫水泥混凝土基层之间铺设沥青混凝土功能层后,也会导致面层层底拉应力和拉应变增加,但会减轻路面板温缩应力;(3)增加贫水泥混凝土基层模量可以提高基层分担车辆荷载的作用;(4)水泥混凝土面板和基层之间接触条件对于面板板底拉应力有较大影响。     

石拱桥加固时新旧结合面应力计算研究

增大截面法加固石拱桥时,由于新旧结合面粘结,混凝土收缩、徐变变形差引起混凝土出现拉应力,加上活载及温度等作用,使得混凝土的应力有可能比较大。过大的应力导致混凝土开裂,对结构的耐久性和承载力都会产生不良影响。该文以某石拱桥为例,通过现场调研测到的数据为基础建立有限元模型,对拱桥加固时结合面上的混凝土应力进行计算,以确定结合面混凝土的应力状况,为桥梁加固提供指导。     

支架现浇箱梁顶板开裂原因分析

针对某支架现浇箱梁在施工过程中出现的横向裂缝,利用空间实体有限元软件对可能导致裂缝的原因进行了系统分析,分别对支架沉降、混凝土收缩、混凝土水化降温的效应进行分析。分析结果表明,混凝土分批浇筑的收缩差和后浇混凝土水化降温效应是导致背景桥梁出现横向裂缝的主要原因。在此类结构施工过程中,应尽量减小分批浇筑混凝土的收缩差,同时需要对后浇混凝土的入模温度和浇筑时间进行控制,降低混凝土降温收缩产生的约束应力,降低混凝土开裂的风险。     

混凝土箱梁竖向预应力孔道对截面削弱的影响初步研究

预应力混凝土连续（刚构）箱梁桥设置竖向预应力筋是为了减少和控制腹板主拉应力、防止开裂,然而在设置了竖向预应力后,箱梁腹板开裂现象仍然普遍存在。竖向预应力难以达到设计要求是导致腹板开裂主要原因之一,该文主要在不考虑应力集中的前提下,研究竖向预应力孔道灌浆问题对竖向预应力效果的影响。对常张高速沅水大桥进行变截面箱梁腹板应力分析,得到竖向预应力孔道削弱对腹板应力水平的影响,并采用等效主拉应力增量法对腹板竖向预应力进行折减分析。该文研究表明：箱梁腹板竖向预应力孔道灌浆不理想,将会引起截面抗剪刚度、抗弯刚度及抗压刚度的削弱,从而导致主拉应力σzl增大及竖向预应力作用的折减,势必将对结构安全造成不利影响。     

基于流固耦合方法的某缸盖热机疲劳分析及设计改进

为分析某增压柴油机缸盖排气道侧水套在台架耐久试验中发生多起开裂失效现象的原因,应用FEA-CFD耦合方法对缸盖进行温度场、应力、高周疲劳强度分析。通过仿真找出缸盖结构薄弱区域。温度场计算结果和火力面温度测量结果一致。经过分析,确认开裂区域应力水平过高、安全系数不足是导致缸盖失效的根本原因。对开裂区域结构进行优化,降低其应力水平,提高缸盖的疲劳安全系数,优化后的缸盖通过了试验验证。     

连续焊接钢板梁桥腹板疲劳开裂分析

建于1972年的美国1-895桥是由7根焊接钢板梁组成的4跨钢桥,2003年3月发现两个主梁腹板开裂:一个在横联连接板处;另一个在横联附近加劲肋处.对开裂腹板进行断口分析、钢材性能试验、断裂力学和有限元分析.断裂力学分析结果表明:高应力状态下的表面裂纹或贯穿裂纹都可导致脆断.采用整体模型和局部模型对3种可能原因进行分析:1)由横向连接系产生的横向力导致腹板间隙变形;2)腹板面内荷载作用下,制造误差引起的腹板不平整;3)起裂点附近焊接引起的残余应力.结果表明以上原因或其组合可导致腹板开裂区域产生较高主拉应力,使裂纹萌生并扩展至脆断.最后还研究3种修复措施,在修复后的桥梁检测中,没有发现其他裂纹,成果可为钢桥疲劳加固设计参考.     

甜永高速公路某黄土隧道仰拱开裂原因分析及处置措施

运营后的甜永高速公路某隧道，出现了仰拱开裂等现象，通过进行补充地质勘察、现场试验及监测后发现，引起仰拱开裂的主要原因为黄土在水的浸泡下地基承载力大幅度削弱，拱脚地基承载力不足，致使拱脚沉降导致仰拱起拱弯拉而产生裂缝，导致本隧道仰拱回填及调平层混凝土开裂。针对开裂原因，通过采取钢管桩地基加固+衬砌结构加强+增设盲沟排水系统工程处理措施，取得良好的治理效果。     

某预应力混凝土连续箱梁桥顶板裂纹成因分析

从分层混凝土收缩、支架沉降、温差等方面,对某预应力混凝土连续箱梁桥在施工过程中出现的顶板裂纹成因进行分析,获得造成混凝土开裂的主次原因,并结合现场试验,分析裂纹对结构的承载能力的影响程度,提出相应的处理措施.     

宽幅混凝土箱梁的横向收缩应变差分析

为了研究施工过程中宽幅混凝土箱梁的收缩应变差对梁体应力的影响,以常平5号高架桥(跨径6×30m,全宽33.5m的整幅预应力混凝土连续箱梁桥)为背景,依照文献公式计算各施工节段间及箱梁各部位间的收缩应变差,再转换成等量温差施加于空间块体元模型上,重点分析了箱梁节段龄期差和各部位不均匀收缩应变差引起的收缩效应及箱梁各部位的应力分布情况。分析结果表明,单纯的箱梁不同结构部位不均匀收缩应变差引起的拉应力不会引起箱梁开裂;收缩应力主要与节段龄期差有关,节段龄期差引起的箱梁施工节段间的收缩应变差引起的收缩应力则可能使梁体开裂。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

连续刚构桥底板纵向裂纹原因分析

根据某连续刚构桥主跨跨中附近底板纵向裂纹的特征,结合桥梁设计参数取值分析、全桥整体空间计算和跨中梁段局部应力分析以及其他桥梁裂纹的分析成果．认为跨中底板在自重和纵向预应力作用下,底板将出现横向拉应力,而波纹管偏离设计位置致使底板混凝土出现更大的局部拉应力,以及预应力钢束张拉时,混凝土强度可能尚未达到要求是导致跨中附近底板混凝土出现纵向裂纹的主要原因。