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。     

双块式无砟轨道道床板混凝土裂缝控制技术

针对高速铁路双块式无砟轨道道床板现浇混凝土易开裂问题,通过室内试验研究了道床板混凝土裂缝控制技术,同时基于多场耦合模型对道床板混凝土开裂风险进行了定量评估.结果表明:掺入抗裂剂对道床板混凝土工作性能和后期强度影响较小,早期明显体积膨胀,有效补偿了混凝土收缩;掺入抗裂剂后道床板中心和上表面开裂风险系数由1.0以上降低至0...     

减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响

由于减水剂显著增大混凝土的早期收缩,根据我国现行外加剂收缩率比试验方法测得的结果,弱化了减水剂对收缩的影响程度。当混凝土配合比不变时,掺入减水刺增大流动性,同时也显著增大早期收缩和总收缩,特别是24h内增幅更大。当用水量减少保持坍落度相同时,掺减水剂将进一步增大早期收缩和总收缩。当水泥用量增加时,掺减水剂混凝土收缩显著增大,而对不掺减水剂的混凝土影响很小。试验用的3种不同减水剂均增大收缩,但品种之间的差异较小。减缩剂能有效降低混凝土的早期收缩和总收缩。减缩剂对掺矿粉和粉煤灰混凝土同样具有显著的减缩效果。混凝土强度等级提高,掺减水剂混凝土的早期收缩显著增大,减缩效果相应增加。减水剂的掺入使混凝土的开裂时间提前,裂缝数量显著增加．而减缩剂能使开裂时间大大延迟,裂缝数量显著减少。因此,对掺减水剂混凝土应特别加强早期施工养护,并尽可能采用纤维、减缩剂和补偿收缩剂等材料措施,才有可能推迟裂缝产生并减少裂缝。     

预应力混凝土箱梁桥开裂后的残余承载力分析

为分析开裂预应力混凝土箱形桥梁结构开裂后的残余承载力,以裂缝统计特征参数为基础,用单元退化方式模拟正裂缝,用裂缝间的单向受压杆模拟裂缝间的承压效应,采用空间梁单元和三维杆单元分别模拟梁和预应力筋,以单元降温的方式模拟预加力的效应,形成空间刚架模型模拟斜裂缝。基于开裂后混凝土及预应力钢筋的基本假定,建立开裂后结构的计算方法。按照相似高度、开裂区域截面折减、折减自重补偿的原则将相似裂缝进行合并处理,得到裂缝区域的阶梯型折减刚度模型,提出承载能力折减系数计算方法以体现开裂后结构刚度的变化。经实桥算例验证,本文方法可正确判断静定及超静定预应力混凝土结构开裂后承载力的变化程度。     

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。     

断裂能与统一损伤加载面描述的混凝土本构模型

构建一个混凝土损伤本构模型,研究目的为解决现有模型中存在的损伤演化、双轴强度与网格尺寸依赖性问题。基于试验观察,提出符合实际的压缩损伤演化方程;在不可逆热力学的框架下,利用当量转化应力状态的方法,在应变空间构造统一损伤加载面,以表达混凝土的双轴强度;借助断裂能对损伤阀值正则化的方法,以合理反映应变软化过程中的能量耗散,并达到消除网格尺寸依赖性之目的。采用编制的程序,对单轴与双轴加载、四点弯非比例加载等混凝土试验进行数值计算,验证了模型的合理性与有效性。研究结果表明:模型不仅解决了上述存在的问题,而且具备在较复杂应力路径下预测结构的承载力、变形及裂缝扩展的能力,可为混凝土结构的定量评价提供支持依据。     

开裂混凝土衬砌的渗透模型

混凝土的渗透性在控制混凝土的质量及混凝土结构的行为上起着关键性作用,裂缝的存在为水体及其他有损于混凝土结构耐久性的物质提供了入侵通道,这样,开裂混凝土的渗透性就直接影响混凝土的长期耐久性.文章从开裂混凝土衬砌的水体渗透特性出发,分析混凝土在裂缝开展过程中的渗透动态特征,在裂缝开度恒定时的稳定渗流特性.给出拉伸应力作用下混凝土的渗透模型,包括两部分,第一部分为裂缝开度与拉应力的关系模型,认为两者间存在着固定的线性关系;第二部分为裂缝开度与渗透性关系模型,认为在裂缝开度小于80 μm时,其渗透规律与其他阶段有着显著的差别;从而推求混凝土拉应力与渗透性的直接关系.最后,通过成熟的试验数据对提出的开裂混凝土的渗透模型进行了实际验证,结果较为吻合.     

滨海环境地下车站侧墙混凝土抗裂防水技术研究

滨海环境下的青岛地铁地下车站侧墙混凝土强度与耐久性能要求高,开裂驱动力较大.为保障结构刚性防水性能、解决收缩开裂难题,建立了基于"水化-温度-湿度-约束"多场耦合机制的青岛地铁混凝土收缩开裂评估方法,定量评估了侧墙混凝土开裂风险的关键影响因素及其影响大小.在抗裂性评估基础上,提出了抗裂性施工技术方法,并基于水化速率与膨胀历程协同调控原理制备出高抗裂混凝土.最终形成集设计、材料、施工、监测于一体的抗裂成套技术,可控制混凝土开裂风险系数小于0.7.监测结果与现场观察表明,实现了侧墙良好的控裂效果.     

裂缝对混凝土桥梁耐久性影响的评估

混凝土梁体上的裂缝对结构耐久性是有影响的，它也是决定混凝土结构耐久性状态的一个指标。依混凝土裂缝宽度对混凝土结构耐久性能的模糊特性，建立了裂缝宽度隶属耐久性失效的隶属函数，提出了结构耐久性失效的模糊概率计算方法，并建议了结构耐久性状态的划分标准；针对混凝土桥梁裂缝发生、发展的随机性，以裂缝的发生服从非稳态的泊松过程假设为前提，提出了混凝土桥梁耐久性未来状态的预测评估方法。     

高原无砟道床混凝土减缩阻裂措施研究

研究目的:为提升高原环境下弹性支承块无砟轨道道床板混凝土的抗裂性能,本文通过干燥收缩试验和中心约束块模拟试验研究内养护剂、聚乙烯纤维、矿物掺合料对高原环境下混凝土抗裂性能的影响,并从变形抑制的角度分析它们的抗裂机理。研究结论:(1)在高原环境下,掺粉煤灰混凝土试件和掺矿粉混凝土试件分别在3 h和5 d出现裂纹,且裂缝宽度与长度随龄期增加而增加;(2)掺内养护剂和掺聚乙烯纤维混凝土试件在28 d均未出现裂纹,内养护剂和聚乙烯纤维可明显改善高原环境下混凝土的抗裂性;(3)掺内养护剂和掺聚乙烯纤维的混凝土早龄期收缩变形较小甚至出现微膨胀,并且后期收缩也较小;(4)结合自由收缩与约束开裂的试验结果,建议在高原环境下宜控制混凝土7 d自由收缩≤100με、28 d自由收缩≤400με,以防止道床混凝土开裂;(5)本研究结论可为高原环境混凝土收缩开裂研究提供参考。     

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。     

连续配筋混凝土路面横向开裂的敏感性分析

结合湖南省耒宜高速公路连续配筋混凝土路面(CRCP)结构,通过选取影响CRCP横向开裂的13个主要因素(包括板厚,混凝土的弹性模量、温缩系数、干缩应变、抗压强度和徐变系数,钢筋的弹性模量、温缩系数、直径和间距,以及地基摩阻系数、钢筋粘结强度和温降)的5种取值水平,采用考虑钢筋与混凝土之间粘结滑移及面板与基层之间摩阻滑移的交界面非线性性质和徐变作用的一维非线性分析法,由迭代计算同时得到CRCP的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大钢筋应力,从而按相对比较的方法对各参数影响CRCP横向开裂的敏感性进行定量和定性分析。结果表明,控制CRCP横向开裂的主要措施有:选取适宜的钢筋等级、品种与混凝土标号,选取合理的钢筋间距和直径的配筋方式,并控制混凝土和钢筋的收缩性质。     

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。     

地铁车站超长混凝土无缝施工技术

通过介绍超长混凝土无缝施工技术及其施工方法,并进行了补偿收缩混凝土板抗裂缝验算,证明该技术在地铁车站施工中具备可行性。贵阳火车北站地铁车站主体结构采用超长混凝土无缝施工技术,实践表明超长混凝土无缝施工技术可以有效防止混凝土结构的开裂,具有施工周期短,模板利用率高,结构自防水性强,施工成本低等优点,能保证结构工程质量,具有较强的工程适用性。     

铁路桥梁用超细粉煤灰高性能混凝土的试验研究

我国铁路桥梁工程建设中较少掺用粉煤灰,但粉煤灰混凝土在其他工程领域的应用已经证明其具有优良的耐久性能及长期性能。在本文研究中,突破现行规范,从材性试验的角度以30%左右的超细粉煤灰(UFA)等量取代水泥配制了铁路桥梁用的超细粉煤灰高性能混凝土,并对其力学性能、部分长期性能、水化产物以及水泥石形貌等进行了试验研究。试验结果表明,混凝土早期强度主要取决于W/C和UFA掺量,而后期则主要取决于W/B和UFA掺量;通过应力-应变全曲线分析可知,UFA高性能混凝土可采用现行规范设计;混凝土干缩、抗渗、抗裂性能等均优于基准混凝土;同时在微观测试分析基础上,综合考虑施工及养护条件等因素的变异,认为在实际应用中,UFA掺量以不超过30%为宜。     

桥塔用内养护高强度抗裂混凝土性能研究

对比了页岩陶砂、粉煤灰黏土复合陶粒、浮石粉3种内养护材料对高强度混凝土的工作性能、力学性能和早期抗裂性能的影响,并结合桥塔混凝土结构进行了抗裂性验算。结果表明:随着内养护材料掺量的增加,不同龄期混凝土的抗压强度有所降低,但降幅不大,水胶比0.24时,每种内养护材料体积掺量控制在20%以内可满足C60混凝土强度要求;掺入3种内养护材料均可显著提高混凝土的早期抗裂性能,其中浮石粉的抗裂效果最好。结合沪通长江大桥主塔(高330 m,壁厚大多超过1.5 m)混凝土结构,针对收缩与温度应力引起的开裂问题进行了有限元抗裂性能分析,结果表明,浮石粉掺量20%的低收缩混凝土拉应力在容许范围内,开裂风险小。     

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。     

新水泥碎石基层

详细介绍了粗集料断级配密实CBG-25的级配设计方法,7天龄期的无侧限抗压强度,得到的对抗压强度大小很少影响的级配范围,其上限为用于沥青混凝土的传统连续式密级配富勒曲线,下限为我国研究得到的粗集料中断级配。同是CBG-25,中断级配的收缩性显著小于连续式密级配。在设计抗压强度6MPa和水泥剂量7％的情况下,基层夏季通车3个月,90％多的路段无横向收缩裂缝,彻底改变了以往水泥碎石基层每隔6～10m产生一条收缩裂缝的状况。     

混凝土结构碳化模型及耐久性分析

以混凝土强度为主要参数,结合环境和使用条件给出了大气环境下混凝土碳化深度和碳化残量的预测模型。运用可靠度的原理,计算了结构的耐久年限及对应的可靠指标,分析了影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素。     

高速铁路CRTSⅢ型预制轨道板平面度关键影响参数

针对个别线路CRTSⅢ型轨道板脱模时已存在上拱的问题,建立了轨道板-模板一体化分析模型,研究预应力施加、混凝土收缩等因素对预制轨道板平面度的影响规律。结果表明:预应力及其偏心、轨道板顶面和底面弹性模量差异、养护过程中温度梯度对预制轨道板平面度影响较小,底模承轨槽约束条件下的混凝土收缩是影响预制轨道板平面度的关键因素。轨道板预制过程中混凝土收缩控制试验表明,在保证模板精度条件下,养护过程中补水可显著减小预制轨道板平面度上拱幅值。