大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程数值分析

为了研究大风干旱地区开裂混凝土结构碳化侵蚀引起的耐久性问题,基于CO2在混凝土中扩散时变规律,通过修正低湿度下碳化规律系数和借助离散裂缝模型,并首次引入了碳化过程风作用影响系数,建立了大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程的数值模型,给出了初始和边界条件。根据热传导过程与碳化过程的相似性,利用有限元软件ANSYS对该模型进行了数值计算,并用在役梁体现场检测数据验证了该模型的可靠性。结果表明,通过改变模型中裂缝宽度这一参数的大小,可利用该模型分析大风干旱环境下裂缝宽度对混凝土碳化速率的影响。     

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

铁路预应力混凝土32m T梁纵向裂缝修补效果评价

在日常维护管理过程中,发现32 m预应力混凝土简支T梁在开通运营1~2年内裂缝病害量多、面广、发展较快,裂缝主要分布于梁体腹板及下翼缘处,裂缝走向主要沿预应力管道方向。针对此病害,通过结构基本状态检测、无损检测等工作,掌握了裂缝的分布、形态和宽度,钢筋及钢绞线锈蚀情况等;通过桥梁运营性能检验,分析桥梁结构竖向和横向刚度是否满足《铁路桥梁检定规范》(铁运函[2004]120号)中的要求。封闭涂装处理后经过10年的运营,部分裂缝重新开裂,但复测结果显示,梁体混凝土碳化深度未超过钢筋保护层厚度,钢筋锈蚀电位及混凝土电阻率测试显示钢筋锈蚀较慢,不存在大规模锈蚀的可能;上部结构横向振幅及横向加速度均满足《铁路桥梁检定规范》的要求。     

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。     

公轨共用大跨斜拉桥索塔锚固区节段试验研究

以上海长江大桥索塔锚固区为研究对象,采用1∶2.5缩尺模型试验与有限元数值分析相结合的方法,研究钢锚箱与混凝土组合结构索塔在不同索力状态下的受力特性和混凝土塔壁的抗裂性能,模型试验最大试验荷载340 t,达到实际结构设计索力的1.7倍。研究结果表明：试验荷载与实际结构设计索力相同时,钢锚箱有应力集中现象,尽管个别测点的应力超过了材料的设计强度,但钢锚箱整体基本表现为弹性工作状态,塔壁混凝土在横桥向外侧中心部位出现开裂,最大裂缝宽度为0.12 mm;试验荷载为实际结构设计索力的1.7倍时,索塔结构能继续承载,塔壁混凝土的最大裂缝宽度为0.25 mm,表明钢锚箱与混凝土组合结构索塔有很大的超载潜力。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板与宽接缝界面开裂研究

针对板式无砟轨道轨道板与宽接缝界面开裂进行了调研,分析了开裂的特征、成因及其危害,并提出改进措施。结果表明:轨道板与宽接缝界面开裂宽度半数以上介于0.2~0.5 mm,实测最大宽度为1.7 mm;开裂与混凝土轨道板温差变形、干缩变形密切相关,理论计算裂缝宽度为1.64 mm。界面开裂后渗水将导致水泥沥青砂浆垫层出现唧浆、粉化等现象,采取预设凹槽及柔性嵌缝材料灌缝的技术措施可解决此问题。     

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。     

混凝土结构裂缝宽度限值研究综述

随着我国铁路建设的迅速发展,铁路混凝土结构服役环境由一般转向特殊。为了研究特殊环境(如大风干旱)下混凝土结构裂缝宽度限值,以混凝土结构设计及耐久性设计规范的发展阶段为主线,介绍发达国家和我国在不同时期混凝土结构裂缝宽度限值的发展历史,分析混凝土结构裂缝宽度限值的影响因素和发展趋势,得出裂缝宽度限值正逐步放宽的结论。     

表层嵌贴预应力螺旋肋钢丝混凝土梁的裂缝性能研究

通过7根内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁静力试验研究,分析了初始预应力水平、加固量和开槽尺寸3种参数对加固混凝土梁裂缝性能的影响。基于预应力钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,对加固梁最大裂缝宽度进行了理论研究。研究结果表明:加固梁的开裂荷载随初始预应力水平和加固量的增加而增加,与对比梁相比,开裂荷载最大可提高402%;最大裂缝宽度随初始预应力水平和加固量的增加而减小,较对比梁最大裂缝宽度最大降低5.48 mm;而开槽尺寸对加固梁裂缝性能影响较小;研究成果可为工程实际加固设计提供参考。     

连续道床板温度应力计算方法研究

基于不完全裂缝的假设推导了连续道床板开裂后的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距的计算方法。研究表明,当裂缝为不稳定裂缝形式时,混凝土收缩和降温作用下的裂缝最大宽度相同,与混凝土抗拉强度、钢筋直径成正比,配筋率越高,裂缝宽度越小,与降温幅度或收缩值无关。降温情况下的钢筋最大应力与混凝土抗拉强度成正比,混凝土收缩情况下的钢筋最大应力较等效降温情况下低Esεsh。在降温和混凝土收缩等效降温情况下的最大裂缝间距相同。该计算方法可作为我国客运专线连续式无碴轨道的设计参考。采用高强度等级混凝土的情况下应适当提高配筋率以保证必要的安全性。     

CRTSⅢ型无砟轨道宽接缝裂缝及修补材料性能分析

通过建立CRTSⅢ型纵连板式无砟轨道有限元计算模型,研究宽接缝处裂缝以及修补材料力学性能。对轨道结构整体降温50℃作用下,不同的裂缝宽度及不同的修补材料弹性模量情况下,板间树脂砂浆、纵向预应力钢筋以及修补材料力学性能进行分析。结果表明:修补材料弹性模量、裂缝宽度和裂缝是否修补均对未开裂板间树脂砂浆影响较小;开裂板间树脂砂浆纵向拉应力随修补材料的弹性模量增大而增大,随着裂缝宽度的增大先增大后减小;修补材料的纵向拉应力先随着其弹性模量的增大逐渐减小直至出现纵向压应力,之后纵向压应力逐渐增加;开裂树脂砂浆处预应力钢筋受裂缝是否修补影响较大。     

大准铁路桥梁病害调查及损伤影响分析

对大准运煤专线桥梁的病害进行了调查,并以一座桥为例,用FLAC 3D软件进行数值模拟,对梁体损伤裂缝的影响进行了研究。调查结果表明大准铁路极少数桥梁出现了损伤病害:如桥面系人行板局部破损、护栏立柱锈蚀及防水层漏水等;梁体混凝土出现裂缝及麻面脱落等;支座错位、锈蚀;墩台及基础混凝土缺损开裂和脱落等。梁体裂缝对挠度影响的研究显示,在相同裂缝深度条件下,最大挠度出在裂缝位置处,且距离裂缝位置越近,挠度越大;不同裂缝深度条件下,裂缝深度越大对梁体挠度的影响就越大。梁体裂缝对应变影响的研究显示,在同一裂缝位置,应变随着裂缝深度增大而增大;同一裂缝深度,在裂缝位置的应变最大;裂缝的应变影响区域为两侧1.3 m左右,与损伤位置关系不大。     

混凝土及预应力混凝土结构碳化深度预测模型研究

基于二氧化碳气体在混凝土中的扩散理论和混凝土碳化机理,综合分析影响混凝土碳化深度的因素,推导出影响混凝土碳化深度的主要因素如混凝土材料因素、环境因素、碳化时间因素及混凝土碳化位置因素与混凝土碳化深度的定量关系,提出混凝土结构碳化深度预测模型。在此基础上,进一步考虑混凝土应力状态因素,提出预应力混凝土的碳化深度预测模型。并与多组试验数据和已有碳化深度预测模型进行对比研究,结果表明:本文提出的混凝土和预应力混凝土结构碳化深度预测模型比现有模型更加吻合试验结果,为碳化环境下混凝土和预应力混凝土结构的碳化耐久性寿命预测提供了有力工具。     

预应力混凝土连续箱梁病害评估及成因分析

一城市快速路预应力混凝土连续箱梁桥在反弯点附近,腹板竖向开裂,裂缝最大宽度达0.7 mm。对该桥进行了外观检查、无损检测、结构检算及静载试验综合评估,并结合评估结果对病害成因进行了分析。分析结果表明:腹板开裂是由于设计中反弯点处预应力钢筋布置不合理,在反弯点处重心偏高且较集中,造成反弯点附近抗弯、抗裂强度不够。此外,由于桥梁施工工艺欠佳或养护不当造成梁体在反弯点处收缩开裂,并在后期进一步发展。     

海洋潮汐环境下混凝土碳化行为模拟试验研究

混凝土的抗碳化性能是混凝土耐久性的重要指标。在海洋潮汐环境下的干湿循环条件直接影响混凝土内部的孔结构,进而影响混凝土的碳化行为。本文模拟海工工程中的海洋潮汐环境,研究不同配合比混凝土在干湿循环条件下的碳化行为,并探究其作用机理。研究结果表明:干湿循环条件加速了混凝土的碳化过程,但粉煤灰和矿粉的掺入可降低干湿循环对混凝土抗碳化性能的影响。     

编组站轨枕埋入式无砟轨道裂缝稳定性评估及轨枕松动修复研究

针对编组站驼峰缓行器前端的轨枕埋入式无砟轨道新旧混凝土界面开裂问题,基于断裂力学理论建立了轨枕边缘道床板裂缝稳定性计算模型。通过轨枕周边裂缝处的应力强度因子评价了裂缝稳定性;提出了裂缝修复材料的合理参数取值,并验证了有效性和可行性。结果表明:温度荷载是影响埋入式轨枕周边裂缝稳定性的主要因素,降温幅度越大,轨枕周围道床板的容许初始裂缝深度越小,轨枕越容易松动;为有效限制修复后裂缝的扩展,采用环氧树脂混凝土对编组站缓行器前端无砟轨道的轨枕松动病害进行修复时,应在环境温度15℃左右的春秋季节进行修复工作,修复层厚度在40 mm左右为宜。     

明挖法隧道衬砌开裂原因分析与预防措施研究

研究目的:混凝土开裂问题一直被人们所关注。某铁路隧道采用明挖法施工,部分工程完成后,衬砌产生开裂现象。通过分析裂缝数量与裂缝形状、裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度的关系,研究发生开裂的原因,从而制定预防措施。研究结论:(1)明挖法隧道衬砌开裂主要是由温差应力、混凝土收缩和施工工艺控制所引起;(2)针对明挖法隧道,通过采取"三时机、三措施、两加强"的综合预防措施,基本上控制了衬砌裂缝的产生;(3)明挖法隧道衬砌施工应选择合理的时机,混凝土浇筑宜选择在每天16:00开盘,至次日8:00前完成;外模、内模拆除宜分别选择在混凝土浇筑完成后12 h、36 h左右完成;外侧拱脚4 m高度范围混凝土回填宜选择在混凝土浇筑完成后7 d内完成;(4)明挖法隧道衬砌施工宜采取外模浇筑、多开窗口、快速浇筑措施,一般情况下混凝土浇筑时间应控制在12 h以内;(5)明挖法隧道衬砌施工应加强振捣、加强养护,确保混凝土质量;(6)本研究成果可在明挖法隧道衬砌施工中借鉴应用。     

铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算方法

基于FRP筋混凝土梁裂缝宽度计算公式研究了FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算方法,探讨了板与梁结构特征差异对裂缝宽度计算的影响机理。引入平均裂缝间距、截面内力臂系数、FRP筋应变不均匀系数等参数的修正方法,建议取消对有效配筋率下限值的规定。利用该方法对FRP筋混凝土板在不同的有效配筋率和受拉区FRP筋应力影响下的裂缝宽度进行了计算。结果表明:有效配筋率0.01,公式修正前后计算得到的裂缝宽度相对误差均10%。修正后的公式更能合理反映FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算结果;公式中受拉区FRP筋应力修正前后得到的裂缝宽度相对误差均3%,其修正结果对构件裂缝宽度变化影响较小。     

配箍率对高强钢筋RPC梁抗剪性能影响研究

为了研究HRB500级高强钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪性能,通过改变箍筋配筋率,对4根在集中荷载下的RPC简支梁进行受剪破坏试验,比对分析不同配箍率对试验梁的斜裂缝发展、受剪承载力及最大斜裂缝宽度的影响。试验结果表明:高强箍筋和活性粉末混凝土具有良好的协同工作性能,抗剪延性得到改善;高强钢筋活性粉末混凝土梁的临界斜裂缝一般由腹剪型斜裂缝发展而成;配箍率大小对试验梁的斜向开裂荷载并无明显影响,但是配箍率越高,斜裂缝宽度越小,抗剪承载力越高;桁架-拱理论模型公式比较适用于高强钢筋RPC有腹筋梁抗剪承载力的计算。