高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道复合轨道板受力特性研究

复合轨道板为高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道的核心部件。基于现场试验开展了复合轨道板自密实混凝土收缩应力、温度翘曲应力及复合轨道板动应力3方面的试验研究,以进一步了解复杂因素作用下复合轨道板的受力特性。研究表明:板下自密实混凝土龄期达到100 d时,其收缩变形趋势逐渐平缓,由约束引起的板下自密实混凝土收缩拉应力约0.7 MPa;研究提出了正温度梯度作用下复合轨道板温度翘曲应力的实用计算式,以及复合轨道板自密实混凝土纵向动拉应力实用计算式,可推算不同温度梯度及动车组作用下复合轨道板承受温度翘曲应力和动拉应力;综合分析表明,在自密实混凝土收缩、温度梯度、列车荷载等因素作用下,复合轨道板承受的静动态拉应力可达4 MPa,应力幅值较大,受力状态较为复杂。     

京张铁路超大断面隧道衬砌混凝土制备技术

针对新建京张铁路长城车站超大断面隧道衬砌的结构特点和环境条件,通过优选原材料、优化混凝土配合比、微集料填充、温度收缩与干燥收缩补偿等途径,试验配制出高充填性、低水化热、低收缩和高密实的衬砌混凝土;提出了自粘式保湿养护膜与充气式气模相结合的新型养护措施,有效解决了衬砌混凝土养护不足的问题。采用优化后混凝土配合比在长城车站进行了试用,优化后混凝土温度峰值为53.4℃,30 d龄期时实体混凝土未出现开裂现象,混凝土气体渗透系数为0.24×10-16m2,仅为优化前混凝土的12%。     

活性粉末混凝土早期收缩规律及其控制方法

使用振弦式应变计测量蒸汽养护活性粉末混凝土材料7d内的收缩值变形情况,研究活性粉末混凝土早期各阶段的收缩规律及其控制方法。研究表明:高温蒸养活性粉末混凝土7d内的总收缩应变高达1 800×10-6;收缩发展过程分为5个阶段:蒸养前以塑性收缩为主,应变为1 000×10-6~1 200×10-6;蒸养初期升温阶段以升温和吸湿膨胀为主,应变为550×10-6~650×10-6;蒸养期间以自收缩和化学收缩为主,应变为600×10-6~700×10-6;蒸养降温阶段以降温收缩和干燥收缩为主,应变为300×10-6~400×10-6;蒸养结束后3d内的收缩应变小于30×10-6,主要是干燥收缩。用粉煤灰和矿粉替代部分硅粉对活性粉末混凝土早期收缩有显著的抑制作用,矿粉主要抑制活性粉末混凝土蒸养过程中的自收缩,在较低掺量下作用效果优于粉煤灰,而粉煤灰主要抑制活性粉末混凝土的干燥收缩,在较高掺量下可以更有效降低蒸养结束时刻温湿度突变造成活性粉末混凝土开裂的风险。减缩剂和膨胀剂均可有效抑制活性粉末混凝土的早期收缩以及收缩开裂的风险,但掺入过高的膨胀剂会造成水泥水化初期的塑性收缩大幅增加,应予以特别注意。     

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。     

混合梁斜拉桥微膨胀UHPC灌注钢混结合段的时变效应

为明确微膨胀超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)灌注材料的收缩徐变对混合梁斜拉桥钢混结合段长期性能的影响,以湖北武穴长江公路大桥为工程背景,开展材性试验与结构反应实测。基于一种全桥杆系+局部空间网格的多尺度有限元建模方法,对不同灌注材料收缩徐变下钢混结合段的时变效应进行分析研究。研究结果表明：实桥所采用的微膨胀UHPC在测试龄期内膨胀应变呈现出先增后减且始终保持膨胀的趋势,在约5 d龄期时达到最大膨胀应变292.6με,至1 080 d时为83.8με;徐变系数在前50 d龄期内增长较快,至1 080 d时为1.63。灌注材料的收缩可在结合段内部产生显著的次应力,表现为内填混凝土的拉应力和钢格室的压应力;徐变则会导致混凝土应力松弛而使一部分恒载压应力向钢结构转移。运营20 a后,钢混结合段内填普通混凝土存在较高的开裂风险。未作收缩控制的普通UHPC虽亦出现拉应力,但未超过其抗拉强度,抗裂安全系数仍可达到1.5以上。而微膨胀UHPC处于受压状态,不存在开裂问题。微膨胀UHPC的应用,既可改善内填混凝土的抗裂性能,又有助于常规钢混结合段...     

大体积混凝土底部的弹性约束试验研究

由于大体积混凝土水泥用量大、水化热高,混凝土在浇筑后产生很大的膨胀和收缩.在收缩过程中,如果混凝土的拉应力超过其抗拉强度时,混凝土就会出现开裂.为了减少拉应力,在混凝土的底部增加弹性约束,以有效地控制拉伸应变.同时,由于弹性约束限制了混凝土的膨胀,使混凝土的压应变减少.当混凝土内部温度降低时,由于弹簧的弹力作用,使混凝土的拉应变减少.本文根据弹性约束理论及大体积混凝土的“抗—放”模型试验研究结果,提出在大体积混凝土中进行弹簧约束的概念及有关计算方法.     

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。     

高寒地区高速铁路全断面沥青混凝土防水封闭层抗裂措施研究

为了减小轨道板伸缩缝处温度应力对高速铁路全断面沥青混凝土封闭结构耐久性的影响,本文在京张高速铁路现场试验段采用了2种工程措施:在轨道板伸缩缝和沥青混凝土上面层之间设置复合土工膜;在沥青混凝土层与级配碎石层间设置钢钉。研究了轨道板温度应力对沥青混凝土拉伸应变的影响,并验证了2种措施的有效性。试验结果表明:无工程措施时伸缩缝处沥青混凝土弯拉应变约为600×10-6;在沥青混凝土上面层设置两布一膜后弯拉应变约为400×10-6,在此基础上对沥青混凝土下面层施作钢钉,则弯拉应变减小为140×10-6。     

铁路箱梁静载试验开裂原因分析及控制措施

通过预制后张法预应力混凝土铁路桥箱形简支梁静载试验出现的1.0级荷载开裂问题,对开裂原因进行全面分析。重点剖析由于蒸养拆模、混凝土水化热高峰期拆模,造成混凝土芯部与表面、表面与环境温差超过15℃的标准要求,致使混凝土内部温差应力超过其抗拉极限强度而早期开裂的原因。论证静载试验在1.0级时,当混凝土抗拉极限强度fct=0,则抗裂安全系数Kf=λ,梁体在静载试验时出现1.0级开裂的必然性,进一步阐明混凝土温差应力超限是箱梁静载试验开裂的主要原因,提出预防出现早期裂缝的控制措施。     

超高桥塔高强混凝土性能研究及收缩调控

研究目的:为研究沸石砂砾、粉煤灰陶砂与高吸水树脂(SAP)内养护材料对C60高强混凝土性能的影响,分析单掺及复掺内养护材料对混凝土抗压强度、内部相对湿度及自由收缩的影响规律。研究结论:(1)在单掺形式中,内养护引水量为13. 5 kg/m~3时,混凝土减缩效果及力学性能最佳;总引水量为13. 5 kg/m~3时,沸石砂砾与高吸水树脂复掺可进一步降低混凝土自由收缩,二者引水质量比为2∶1时,混凝土28 d收缩值仅为基准组混凝土的36. 1%;(2)通过不同内养护材料引水量与内部相对湿度关系、自由收缩与内部相对湿度关系,回归得到关键参数,建立内养护混凝土收缩预测模型,可实现收缩调控;(3)结合沪通长江大桥主塔大体积混凝土结构,采用MIDAS FEA软件进行混凝土早期抗裂性分析,复掺沸石砂砾和SAP内养护混凝土塔柱在温度与收缩应力共同作用下,其最易开裂部位的拉应力均小于最大容许拉应力,总体开裂风险较低;(4)本研究结果可为大体积高强混凝土应用提供参考。     

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。     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道层间离缝原因分析

针对CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构轨道板与自密实混凝土层之间的离缝问题,建立有限元模型,分析在温度、自密实混凝土收缩、列车荷载和基础变形作用下的层间受力情况。结果表明:自密实混凝土收缩是引起层间离缝的主要因素,在其收缩率达到4.5×10-4时,可能引起裂纹产生;在列车高频荷载和温度循环荷载作用下层间离缝由外向内扩展。同时,对可能造成离缝的自密实混凝土原材料配比及施工中的养护流程进行了分析。     

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。     

基于温度场的钢板-混凝土剪力墙开裂风险分析方法研究

为简化钢板-混凝土剪力墙采取分层浇筑方法下的温度应力分析过程,将有限元模拟结果与理论计算方法相结合求解温度应力。对某块钢板-混凝土剪力墙进行温度和应力监测,并基于ABAQUS通过二次开发编写Hetval和Film子程序,精确模拟不采取措施施工和采用分层浇筑办法下的混凝土水化放热温度场。结果表明,采取分层浇筑可降低混凝土最高温度和温度差,分层数量越多,温度降低越显著;根据有限元温度场结果得到理论计算所需的综合温差这一中间参数,进而求解混凝土温度应力。根据计算结果,当墙体分六层浇筑时,15 d龄期温度应力约为1.94 MPa,小于该龄期混凝土抗拉强度1.98 MPa,可以保证混凝土不开裂;与试验监测结果相比,误差约为2%,验证了该方法的可行性。     

混凝土早期约束收缩开裂机理及试验研究

现浇混凝土结构早期开裂是工程中存在的普遍现象,裂缝对建筑物的正常使用、耐久性及结构安全都会产生不利影响。现有混凝土结构裂缝控制的失效准则是基于强度条件的失效准则,本文以断裂力学理论为基础,建立混凝土结构早期约束收缩开裂机理模型,提出早期约束收缩开裂的预测方法及具体步骤。在断裂模型中,应力强度因子及裂缝尖端张开位移试验室测定方法具有明显的尺寸效应,本文基于BP神经网络模型提出断裂参数的预测方法,采用改进型环形收缩试验验证模型的合理性,结果表明本文建立的混凝土早期约束收缩开裂理论模型对结构早期开裂时间的预测结果与试验结果有很好的一致性。     

钢筋混凝土梁非均匀收缩徐变自应力分析

为研究由混凝土非均匀收缩徐变效应引起的钢筋混凝土梁沿梁高度方向的非均匀自应力效应,基于非线性温度自应力方法和按照龄期调整的有效模量法,推导非均匀收缩徐变效应作用下沿梁高度方向上的钢筋混凝土梁自应力计算公式,并用有限元方法对其进行验证;以某混凝土简支试验梁为算例,进行收缩、徐变自应力分析;探讨非均匀收缩徐变效应下曲率和截面应力随时间变化特征;最后研究不同温度和相对湿度梯度下钢筋混凝土梁的应力重分布效应。研究结果表明:在非均匀收缩和徐变作用下,截面的轴向应变和曲率随时间显著变化,且沿着梁高度方向将产生较大的不均匀收缩徐变自应力;温度梯度值增加能增加顶面的非均匀收缩徐变自应力,但影响幅度较相对湿度梯度小;相对湿度梯度能显著影响收缩徐变自应力,前期养护作用对于减小自应力十分重要。     

CRTSⅢ型减振板式轨道垫层刚度限值研究

为研究CRTSⅢ型减振板式轨道减振垫层刚度对自密实混凝土耐久性的影响,应用弹性地基梁-实体有限元模型,以减振垫刚度限值为研究对象,考虑列车荷载与正温度梯度共同作用,计算不同垫层刚度下自密实混凝土的拉应力、裂纹分布及宽度、耐久性损伤度。结果表明,随减振垫层刚度减小,自密实混凝土层拉应力、裂纹数量、裂纹宽度及耐久性相对损伤度均逐渐增大;依据自密实混凝土层耐久性要求,得到减振垫层的面刚度下限值为20 MPa/m。     

铁路高性能混凝土基桩检测波速与强度关系的研究

用基桩采用的高性能混凝土配合比制作试件,开展波速与强度关系的试验研究.试验结果表明:高性能混凝土强度与波速随龄期增长而增长,其中早期波速增长迅速,28 d以后波速基本稳定;强度随龄期增长较为缓慢,28 d以后仍继续增长.根据波速与强度关系及波速试验结果,给出了C25～C50高性能混凝土的低应变与超声波波速参考范围,并进行了工程实例验证.     

粉煤灰对高性能混凝土早期收缩的抑制及其机理研究

自收缩是引起低水胶比高性能混凝土早期开裂的主要原因。通过不同掺量粉煤灰混凝土自收缩的测定,研究粉煤灰对高性能混凝土自收缩的抑制作用。通过水化结合水和内部孔含量的测定以及微观结构形貌分析,研究粉煤灰抑制自收缩的作用机理。研究表明:粉煤灰通过改变胶凝材料体系水化速度、徐变系数、弹性模量,可以有效抑制早期混凝土的自收缩。粉煤灰掺量在0~20%范围内,混凝土自收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少,但粉煤灰惨量超过20%后自收缩减少的幅度变小。粉煤灰抑制自收缩的作用在初凝至1 d龄期内非常突出。     

城市轨道交通装配式轨道板自密实混凝土施工质量影响因素分析

[目的]针对地铁施工空间狭窄、装配式轨道板道床施工质量难控制、自密实混凝土施工质量要求高等问题,通过现场试验方式,分析自密实混凝土施工质量的影响因素。[方法]通过试验分析了不同配合比、施工工装、施工技术、混凝土运输时长和施工环境等对自密实混凝土质量的影响。[结果及结论]自密实混凝土配合比黏度改性剂用量宜为30 kg/m³,砂率控制在50%左右,粉煤灰用量控制在15%～25%;观察孔灌注高度宜保持在20～30 cm,宜采用“慢-快-慢”的灌注工艺,灌注时间宜为3 min以上;灌注漏斗材料宜采用2 mm以上钢板材质;中转料斗宜采用闸刀阀门。