钢筋混凝土结构锈蚀开裂模型研究

为揭示钢筋混凝土结构锈蚀开裂的机理和裂缝相关参数的发展规律，对钢筋锈蚀作用下混凝土的开裂全过程进行研究，并建立混凝土锈蚀开裂模型。模型采用混凝土材料受拉指数型软化形式和黏结裂缝理论，将锈蚀开裂过程分为保护层未开裂、部分开裂和完全开裂三个阶段。推导每一阶段对应的应力状态、径向位移和裂缝状态等力学参数的表达式，获得计算混凝土保护层裂缝宽度的控制方程，并且给出求解该方程的数值计算方法。基于所建立的模型，研究裂缝从钢筋黏结表面扩展到混凝土保护层表面的全过程行为，讨论裂缝宽度、环向应力等参数的变化规律，预测混凝土保护层表面开裂时间与相应的临界锈蚀率。研究结果表明：钢筋表面和保护层表面的裂缝宽度的差值随锈蚀时间逐渐减小并最后趋于零；混凝土裂缝宽度和锈蚀率之间表现为正线性相关关系；混凝土保护层厚度与钢筋直径之比、混凝土抗拉强度和锈蚀膨胀系数等因素直接影响着保护层锈蚀开裂时间；最后，基于黏结裂缝理论建立的混凝土结构锈蚀开裂模型能够有效地预测试验值，可为钢筋混凝土结构锈蚀开裂机理研究提供依据。     

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。     

混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

大体积混凝土施工期温度裂缝计算分析

混凝土水化热引起的温度裂缝是影响工程结构安全的重要因素。文中使用规范公式计算和有限元分析两种方法,对大体积混凝土施工期裂缝产生原因进行研究。结果表明水泥水化放热时间集中,混凝土在浇筑以后两到三天达到最高温度。水池池壁长边中间区域水化热温度应力较大,当温度拉应力大于混凝土抗拉应力标准值时混凝土就会开裂,这与实际结构裂缝开展情况基本一致。     

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。     

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。     

隧道混凝土裂缝声发射特性室内试验研究

隧道混凝土承受荷载大,内部发生形变和开裂损伤时会释放弹性波。因此,利用混凝土单轴拉伸试验,研究混凝土在不同轴拉荷载路径作用下的声发射特性,对隧道混凝土裂缝检测有重要意义。采用声发射（AE）仪器采集了加载过程中混凝土内部的声发射信号,在拉应力接近峰值之前,混凝土内部产生的声发射信号较少,当拉应力达到峰值后,混凝土内部声发射信号开始剧烈增多,声发射幅值较高,试件表面的微裂缝逐渐扩展为宏观裂缝。试验结果表明,声发射特性与混凝土损伤开裂特征相吻合,声发射能够对隧道混凝土内部断裂损伤进行有效探测。     

开裂预应力混凝土梁的检测、评估和加固

应用钢筋混凝土基本理论,分析预应力混凝土结构开裂的力学成因。以3座典型有裂缝预应力混凝土桥梁为例,论述检测、评估和加固方法。从梁体跨中挠度和支点转角的大小及影响线、结构变形的协同性判断裂缝对结构整体受力状态的影响。从开裂截面的应变分布、实测应变与加载弯矩关系、应变值大小以及截面中性轴的稳定性综合判断开裂截面的工作状态和承载能力。当评定结果为梁体的预应力度满足要求时,对主要起受压作用的混凝土开裂区采用高标号钢筋混凝土在梁肋两侧增加断面的方法予以加固,对其他混凝土开裂区采用灌缝处理,对受拉区,可在局部加贴钢板加固。当评定结果为梁体的预应力度严重不足时,先对裂缝进行灌缝处理,然后采用在受拉区表面大面积粘贴10 mm钢板加固。     

连续梁桥上纵连板开裂对无砟道岔受力影响分析

考虑纵连板式无砟道岔的结构特点,基于无缝道岔、无砟轨道和桥梁间的相互作用关系,建立了道岔—轨道板—底座板—桥梁—墩台一体化有限元计算模型。以某高架桥上左咽喉为例,分析了混凝土结构开裂对连续梁桥上纵连板式无缝道岔群受力与变形的影响。结果表明,混凝土开裂及整个轨道构件的大部分结构的受力降低,而且,裂缝会造成结构耐久性差,所以,应控制裂缝,以保证耐久性和合理受力。同时,在设计时,应根据实际配筋率来计算弹性模量折减系数,使设计更合理。     

混凝土箱梁温度应力三维分析

混凝土箱梁的温度应力可以达到或超过活载产生的应力,是导致混凝土裂缝和损坏的主要原因之一.但传统的温度应力计算方法存在较大的误差.本文根据热弹性理论,对箱形梁的温度应力进行三维分析,提出实用计算方法.这种方法在实际计算中,只需对传统的温度应力计算公式进行简单的修正,即可求得考虑应力分量之间耦合关系的混凝土箱梁三维温度应力,简便实用,计算精度明显提高.最后对现行铁路桥梁设计规范有关温度应力的计算方法进行讨论,提出参考意见.该方法可为在铁路混凝土箱梁的设计和施工中采取合理有效的措施控制温度裂缝、提高结构耐久性,提供科学的依据.