桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂行为研究

以桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道为研究对象,基于混凝土早期性能发展基本理论,利用Ansys建立三维温度场与应力场分析模型,考虑养护方法、拆模龄期、拆模温度与钢筋直径等参数影响,对双块式无砟轨道早期开裂行为进行数值模拟。结果表明：无砟道床不同位置处混凝土主拉应力整体呈循环上升趋势;拆模前后混凝土应力时程曲线波动程度差异较大,拆模后4 h内道床混凝土主拉应力时程曲线出现明显增长。合理选用养护方式可有效降低道床板早期开裂风险;伴随着拆模龄期的延长与拆模温度的升高,拆模后无砟道床4 h内温度改变量与道床混凝土开裂风险均呈降低趋势;相同配筋率下,减小钢筋直径可降低桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂风险。     

沪通长江大桥水下钢管柱自密实混凝土收缩与抗裂性能研究

沪通长江大桥主航道桥钢管柱选用C40自密实混凝土,钢管柱轴向对称等分为4个隔仓,每个隔舱需要一次浇注约770 m3的混凝土。为了满足自密实混凝土的施工和防开裂要求,在优化配合比的基础上,通过自由收缩试验、限制收缩试验、约束圆环收缩试验3种不同的方法,系统地研究了自密实混凝土的收缩性能,并结合绝热温升测定结果与有限元建模,分析了混凝土早期开裂风险。研究结果表明:通过试验优选的自密实混凝土,自由收缩应变和限制收缩应变随龄期的增长逐渐增大,前7 d增长较快,后期逐渐减缓,自由收缩应变、限制收缩应变14 d时分别为407×10-6,137×10-6,60 d时分别为623×10-6,235×10-6,与相似配合比混凝土相比14 d时自由收缩应变和限制收缩应变分别降低了53.2%,45.8%;约束圆环收缩试验开裂龄期为34 d,最大约束收缩应变为115×10-6,而相似配合比混凝土开裂龄期为15 d,且最大收缩应变为194×10-6。有限元分析结果表明:隔仓混凝土径向表面与芯部最大温差只有13℃,远低于内外开裂温差限值25℃;不同龄期混凝土温度变形与体积收缩共同作用引起的拉应力最大值出现在钢管混凝土外表面,最大拉应力均低于容许拉应力,早期开裂风险低。     

预应力混凝土连续箱梁顶板早期裂缝控制研究

研究目的:预应力混凝土连续箱梁在施工时常采用二次浇筑施工方法,但在一些工程施工完成后发现箱梁顶板出现大量裂缝,其中沿横桥向裂缝较多,造成箱梁顶板在施工阶段出现早期裂缝的原因主要是由于二次浇筑过程中顶板与腹板混凝土之间的收缩差和顶板混凝土水化热的温度效应。本文结合实际工程,对预应力混凝土连续箱梁顶板在二次浇筑时进行水化热温度场和早期应变的连续监测,研究预应力钢束分阶段张拉对箱梁顶板早期裂缝的控制效果。研究结论:(1)由于二次浇筑的连续箱梁顶板与已浇筑的箱室腹板之间存在一定的温差,并且腹板对顶板有一定的约束作用,顶板混凝土有开裂的风险;(2)对预应力钢束进行一次张拉时,顶板早期将产生较大的拉应力,混凝土将开裂;对预应力钢束进行分阶段张拉时,箱梁顶板的早期应变和应力均有一定程度减小,可有效降低箱梁顶板混凝土开裂的风险;(3)预应力钢束采用分阶段张拉施工工艺对终张后箱梁的受力性能没有影响;(4)本研究成果可为预应力混凝土连续箱梁的施工提供参考。     

铁路软岩隧道二次衬砌纵向裂缝成因分析

准(格尔)朔(州)铁路哈镇隧道二次衬砌从内轨顶面至最大开挖跨度处出现连续纵向裂缝。根据现场勘测情况,采用室内试验和数值模拟方法,分析了二次衬砌产生裂缝的原因。开裂段围岩为砂岩夹泥岩条带,遇水易崩解软化,具有一定膨胀性,但仅围岩软化不足以使二次衬砌产生裂缝。围岩软化与膨胀共同作用时二次衬砌结构从内轨顶面至最大开挖跨度处出现拉应力,当膨胀压力超过一定值时二次衬砌结构所受拉应力将大于混凝土极限抗拉强度进而产生裂缝。这一结果与现场二次衬砌开裂情况一致。     

基于早期温度应力的道床板施工方式

建立考虑水化热、混凝土收缩和弹性模量等时变参数的双块式无砟轨道道床板早期温度应力瞬态分析有限元模型,分析道床板内部水化热与外部环境温度共同作用下的道床板早期温度应力分布特征,比较不同施工季节、浇筑时刻以及钢模支撑条件对道床板早期温度应力的影响。研究结果表明:道床板早期温度应力受水化热和外界环境温度影响较大,内部应力主要受控于水化热,表面应力主要受控于环境温度,轨枕侧边是容易产生早期温度裂缝的薄弱环节。在施工温度降低条件下,道床板侧边和顶面容易产生裂纹。为减少混凝土早期裂缝的开展,应选择在傍晚时分浇筑混凝土,适当延长拆模时间,气温较低时拆模至少为3 d后,浇筑温度较高时拆模至少为4 d后。     

C50大体积混凝土温度应力测试及抗裂性能研究

为研究不同配合比条件下高强度大体积混凝土浇筑早期内部的温度、应力变化以及提高早期抗裂性能的技术途径,采用温度应力传感器分别测试尺寸为6.5 m×2.0 m×4.5 m的粉煤灰掺量为15%以及粉煤灰和矿粉双掺总量为33%的C50大体积混凝土早期的温度及应力变化。研究结果表明:以上2种混凝土在3 d龄期时抗压强度均不低于设计值的80%,劈拉强度均大于2.6 MPa。混凝土内外最大温差出现在3~4 d之间,最大拉应力也出现在大约3~4 d之间,采用粉煤灰和矿渣双掺的混凝土,掺合料掺量占胶凝材料30%以上,能够有效降低混凝土早期内外温差且3 d抗拉强度并未显著降低,有利于提高混凝土的抗裂性。     

大体积混凝土桥墩裂缝分析整治及建议

研究目的：对大体积桥墩混凝土表面裂缝产生的原因进行分析，据此研究制定相应的整治措施，并针对铁路客运专线桥梁墩台裂缝控制提出建议。 研究方法：根据桥墩裂缝发生的部位，建立桥墩有限元分析模型，对桥墩在恒载、活载、墩身内外温差、混凝土收缩和降温等最不利荷载组合情况下进行墩身结构的空间应力分析，根据分析结果来确定裂缝产生的原因。 研究结果：混凝土收缩和降温或水化热产生的墩身混凝土表面最大拉应力远远大于恒载加活载的劈裂应力，超出混凝土的抗拉强度。混凝土收缩和降温或大体积混凝土的水化热应力是桥墩开裂的主要因素。 研究结论：铁路客运专线大体积混凝土桥墩在设计与施工时应采取降低内外温差等有效措施以防止产生裂缝。     

预应力混凝土箱梁的端块应力分析

秦沈客运专线大量采用32 m预应力混凝土箱梁,其端部的锚下应力分布复杂。利用有限元软件建立箱梁的三维实体模型,并详细分析计算结果,得出以下结论:端块长度约为1个梁高,与预应力传递长度基本相同;端块不仅分布有纵向应力还有横向拉应力,甚至超过了混凝土抗拉极限强度。因此建议在设计过程中,应将端块应力控制在混凝土抗拉极限范围内,对局部高应力区应配置足够的非预应力筋以限制裂缝开展。     

不同环境温差条件下T梁抗裂性能有限元分析

为了解决预应力混凝土先简支后连续T梁浇筑后由于环境温差而引起的裂缝,开展了基于有限元结构分析对不同环境温差下的结构模拟。通过模拟出的结构温度场和应力场,分析4个截面共计24个节点的结构温度、拉应力、容许拉应力、拉应力比等数据,揭示了各环境温差对结构抗裂性能的影响规律。研究结果表明:当环境温差升高时,结构温度降低,拉应力大幅度增加,容许拉应力小幅度减小,拉应力比值明显增大;当温差大于6℃后,拉应力超过容许拉应力的节点个数明显增多,将大大增加因为拉应力引起的裂缝的几率。     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

高速铁路32m优化简支箱梁静载试验研究

为验证高速铁路32 m优化简支箱梁的设计参数、评估结构受力性能,开展了优化箱梁足尺试验梁的静载弯曲试验、开裂试验、重裂试验、2.0级破坏性试验。结果表明:足尺试验梁1.2级荷载作用下的静活载挠度,跨中应力,开裂荷载等级,重裂荷载等级均满足设计要求;2.0级荷载作用下箱梁裂缝形态和发展趋势正常,未出现混凝凝土压溃或钢绞线断丝情况,卸载后梁体变形和跨中裂缝基本恢复。总体上优化箱梁静载受力性能满足设计要求。     

杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

混凝土箱梁水化热温度试验研究

研究目的:温度应力已被认为是混凝土箱梁开裂的主要原因之一。为了掌握水化热温度沿箱梁截面的分布规律,并根据混凝土施工工艺状况,估算温差应力,特对混凝土箱梁进行了水化热温度试验,为箱梁设计与施工提供有益的参考。研究方法:水化热温度测试选取了梁体的跨中及端部截面,按照能够充分反映箱梁水化热变化情况的原则,分别在顶板、底板、腹板布置了内埋式温度传感器,从混凝土入模开始,量测水化热温度的变化情况。研究结果:根据温度测试结果,可以绘制出混凝土水化热温度随观测时间变化的曲线。通过对秦沈客运专线箱梁温度测试结果的总结分析,重点阐述了箱梁混凝土早期水化热温度发展的一般规律,其中包括水化热温度时程曲线的一般形式、温升基本规律、温降基本规律、混凝土的温度梯度、入模温度与温度峰值的关系等,并提出了防止温差过大而引起混凝土开裂的工程措施。     

考虑内腔空气影响的高速磁浮轨道箱梁日照温度场研究

高速磁浮混凝土轨道梁在日照作用下温度分布不均匀,易引起梁体变形、开裂,影响行车安全.本文以上海浦东地区的气候条件为基础,研究了日照辐射下高速磁浮混凝土轨道箱梁的温度分布规律.首先基于固体传热和流体传热理论计算了浦东地区的太阳辐射值,然后建立了混凝土轨道箱梁有限元模型,并在考虑箱梁内腔空气传热效应的前提下计算了轨道梁整体...     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶-佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

预应力高性能混凝土梁中超细粉煤灰合理掺量研究

对粉煤灰高性能混凝土的早期抗压强度、劈裂抗拉强度、早期弹性模量、钢筋握裹力、抗剪强度和徐变性能,超细粉煤灰的合理掺量和护筋性,高性能混凝土模型梁的疲劳性能等进行试验研究。结果表明:一定掺量的优质粉煤灰可改善混凝土的性能,降低结构的寿命周期成本;铁路预应力梁中超细粉煤灰(UFA)的推荐掺量为25%。6片32mC50超细粉煤灰高性能混凝土试验梁的静载试验结果表明,其各项性能指标满足铁路《桥规》要求。     

高速铁路桥梁支座垫石开裂成因分析及改进措施

随着铁路建设发展,桥梁病害随之增多,其中高速铁路桥梁支座垫石开裂问题突出,严重影响桥梁服役功能及寿命。为研究支座垫石混凝土开裂成因,以某铁路桥梁桥墩加垫石结构为背景,利用ANSYS有限元软件,系统分析了在新老混凝土收缩作用、桥墩与垫石不同龄期差及支座垫石振捣是否密实条件下,新浇筑垫石的应力状况,并提出避免支座垫石开裂的改进措施。结果表明:新老混凝土收缩作用是架梁后支座垫石拉应力产生的主要原因;垫石收缩应力随新老混凝土龄期差增大而增大,最后趋于稳定;支座垫石混凝土振捣不密实会使垫石拉应力增大,导致垫石内部裂缝的产生;垫石浇筑前对桥墩混凝土润湿能有效减小垫石收缩应力,避免垫石开裂。     

高速铁路40 m跨度预制后张法预应力混凝土简支箱梁试验研究

高速铁路40 m跨度预制后张法预应力混凝土简支箱梁首次在我国郑济高速铁路郑州至濮阳段黄河特大桥北岸引桥进行工程应用。为了验证其预制工艺和结构受力性能是否满足规范要求,以3孔工程梁为试验对象开展了混凝土水化热测试、摩阻测试、预应力终张拉效果测试和静载弯曲试验。结果表明:试验梁水化热测试结果和浇筑工艺合格,预应力施加准确,预应力效果满足设计要求;试验梁抗裂安全性满足规范要求。3孔试验梁预制工艺和结构受力性能满足规范要求,40 m跨度简支箱梁可以推广使用。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...