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。     

铁路斜拉桥钢混结合段的收缩徐变行为分析

基于甬江特大铁路斜拉桥工程,运用Fortran语言对Ansys有限元软件进行二次开发,数值模拟出核心混凝土的收缩徐变作用,并在此基础上深入研究收缩徐变对钢混结合段应力分布规律和传力机制的影响;提出了承压板传力率、钢混结合段传力斜率、钢混结合段传力不均匀度等衡量钢混结合段传力性能的指标,并评价了收缩徐变对钢混结合段受力行为的影响。研究结果表明:考虑混凝土收缩后钢结构应力增大1倍,混凝土应力减小1/2;考虑3年徐变后,钢壳体应力为瞬时应力的1.9～2.47倍,混凝土应力为瞬时应力的0.13倍;收缩、徐变作用均改变了钢混结合段的传力模式,考虑收缩、徐变后传力不均匀度分别增加了0.13、0.44,钢混结合段端部剪力连接件剪力最大增长幅度分别为75%、150%。     

大跨度高铁斜拉桥钢-混结合主梁收缩徐变研究

为研究钢混结合主梁混凝土桥面板的收缩徐变对大跨度高铁无砟轨道斜拉桥的影响,以昌吉赣客专赣江特大桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立全桥精细化数值分析模型,考虑钢混结合梁混凝土桥面板不同的加载龄期,分析结合梁斜拉桥在收缩徐变效应下变形及受力的变化。结果表明:赣江特大桥结合梁在施工成桥初期至运营5年后,钢混结合梁混凝土桥面板收缩徐变引起面板及钢箱梁的应力变化情况均满足规范要求,桥面板及钢箱梁在施工成桥1年后收缩徐变完成50%以上,3年后完成80%左右;桥面板混凝土的加载龄期越长,混凝土收缩徐变对桥梁结构变形和受力的影响越小,并在混凝土加载龄期达到180 d后对桥梁结构的影响呈稳定趋势,将结合梁桥面板预制存放180 d后再进行吊装,可有效降低混凝土收缩徐变对此种结构正常使用期间力学行为的影响。     

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。     

超高性能混凝土梁正截面承载力

对超高性能混凝土(UHPC)的单轴受压应力一应变全曲线和UHPC梁的受力性能进行试验研究及理论分析.试验结果表明:UHPC具有良好的受压变形性能,其应力峰值点应变达0.0035,极限应变可达0.004 5;UHPC梁具有良好的受拉变形能力及裂缝分布,其极限变形达梁跨径的1/30.1～1/71.8,梁体的混凝土应变基本符合平截面假定.基于UHPC的初裂抗拉强度得到的UHPC梁截面塑性影响系数为1.53.并据此建立UHPC受弯构件的开裂弯矩计算公式和极限承载能力计算公式,预测UHPC梁的破坏模式、开裂弯矩以及极限弯矩.计算结果具有较高的精度.     

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。     

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.     

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。     

钢-混组合结构桥梁混凝土的收缩徐变效应

首先讨论混凝土收缩作用的等效降温取值问题，分析了构件理论厚度、环境平均相对湿度、预制板存梁期等因素对混凝土收缩的影响。然后探讨收缩徐变应力计算方法，并结合工程实例分析了混凝土徐变、抗剪连接键滑移和次内力对收缩应力的影响。最后提出了补偿收缩混凝土应用于钢-混组合梁桥时的注意事项。结果表明：对于我国大多数地区按等效降温15℃计算的收缩效应值较实际值偏小；抗剪连接键滑移主要影响距梁端1/10跨径范围内的应力分布；连续梁的混凝土板由收缩二次内力引起的结构应力远大于收缩一次内力引起的结构应力；补偿收缩混凝土的限制膨胀率宜根据收缩应变预测值和微膨胀对结构的不利影响综合确定。     

超高性能混凝土在桥梁结构中应用研究

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)是一种新型水泥基复合材料,具有超高抗压强度、良好抗拉强度和优异的耐久性能。针对UHPC材料的优异材料性能,开展了UHPC材料在桥梁结构中的应用分析,总结了UHPC发展的限制因素,对UHPC材料价格展开因素化分析,并根据UHPC材料收缩和受力平衡理论对桥面板钢筋和桥面结构进行受力状态分析。得出了钢纤维掺量是影响UHPC经济性的主要因素,证实了由于UHPC材料的收缩性能,导致桥面板在材料产生收缩后钢筋承受压应力,桥面板承受拉应力,而通过掺碎石后UHPC收缩量减小,钢筋和桥面板受力减小。UHPC材料在桥梁主体结构、桥面板、人行道盖板、后浇带和负弯矩区等方面有着广阔的应用前景,该研究为UHPC的广泛应用和发展提供借鉴和思路。     

从短期试验结果预测新建预应力混凝土梁收缩和徐变的长期效应

基于计及钢筋配筋率、预应力钢筋松弛等影响的桥梁收缩、徐变长期效应计算式,提出了从梁体混凝土短期试验值推算相应素混凝土在该桥梁工作环境下收缩应变及徐变系数的方法;结合CEB FIPMC90收缩模型与徐变模型思想,得出计算桥梁素混凝土收缩应变及徐变系数的CEB FIPMC90修正公式。理论分析与试验结果比较表明,预测理论值给出了较好的精度。该预测方法,不需做材料的收缩、徐变试验,亦避免从标准环境下试验值推算桥梁工作环境下收缩、徐变可能产生的误差。     

高铁大跨度斜拉桥主梁钢混结合段力学性能研究

为研究4线高速铁路混合梁斜拉桥新型钢混结合段的力学性能，以主跨672 m的安九铁路鳊鱼洲长江大桥主梁钢混结合段为背景，开展局部缩尺静力和疲劳模型试验，并结合有限元分析钢混结合段的应力分布、滑移开裂及疲劳性能。研究结果表明：最不利工况下，结合段钢构件应力沿横向分布不均且边箱处最大，沿纵向在承压板处产生突变，承压板传力作用显著；最大负弯矩工况下，钢构件的实测应力在1.8倍逐级加载过程中均呈线性变化。钢混间最大滑移仅为0.065 mm,结合段钢混间协同变形良好；挠度结果反映结合段具有良好的刚度并整体呈弹性受力状态；混凝土段顶板于1.4倍最大负弯矩加载时开裂，1.8倍加载下裂缝纵向分布形态表明结合段受力优于钢过渡段。活载最不利工况下，边箱顶板处为主要疲劳敏感区域，钢过渡段水平隔板在疲劳165万次后发生开裂，其余钢结构未开裂；混凝土在疲劳50万次后即开裂，但裂后劣化并不显著；剪力钉和PBL连接件抗疲劳性能良好。钢混结合段具有良好的承载能力及抗疲劳性能，传力合理，可为类似结构提供参考。     

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。     

转体桥封铰混凝土开裂分析及改善措施研究

针对转体桥封铰混凝土浇筑后常出现开裂问题,以某转体桥球铰封固为例建立有限元模型,研究上下转盘混凝土对封铰混凝土收缩约束作用,分析龄期差对封铰混凝土收缩应力的影响。在此基础上针对性提出“对上下转盘混凝土提前洒水润湿、对封铰混凝土二次振捣、封铰混凝土环向分块分次浇筑和布置面层防开裂钢筋网片”相结合的封铰混凝土防开裂技术并运用ANSYS软件进行了量化分析。研究表明：封铰混凝土收缩应力随新老混凝土龄期差增大而增大,提前洒水养护润湿(如覆盖土工布等)和改善二次振捣工艺可明显降低其收缩应力,分块分次浇筑和布置面层防开裂钢筋网片有利于防止开裂。通过模型分析和数据结果对比表明上述工艺措施可有效改善封铰混凝土早期开裂问题,保障封铰混凝土与转盘间的施工质量。     

基于高速公路桥梁拓宽拼接的高性能混凝土的应用研究

混凝土的收缩徐变是影响桥梁拓宽拼接的控制因素之一,任何可以减小和控制收缩徐变的措施对减小新旧结构的相互影响、降低拼接难度都是有利的.对用于拓宽梁体的具有低收缩徐变性能的混凝土和用于连接带的微膨胀早强混凝土的配比设计进行了介绍.供同类工程参考.     

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。     

隧道衬砌拱顶带模注浆新材料的相容性和结合性试验研究

针对隧道拱顶脱空问题,采用传统的水泥浆作为回填注浆材料,带来与衬砌混凝土之间因收缩变形、相容性和结合性不足,导致隧道拱顶仍出现脱空、开裂等质量缺陷,项目实验室研发出一种隧道拱顶微膨胀砂浆回填注浆材料,在此基础上系统研究了回填注浆材料与衬砌混凝土之间的相容性和结合性能。结果表明:所研制的高流动性微膨胀充填砂浆与衬砌混凝土在施工性方面完全兼容;微膨胀砂浆和衬砌混凝土之间的结合体的抗压、抗折强度均高于混凝土的强度;微膨胀砂浆的抗裂性能优于混凝土,在衬砌厚度不足时,微膨胀砂浆与混凝土结合体能够替代衬砌混凝土,达到整体的结构性能且满足设计要求。     

钢管微膨胀混凝土的水化热与限制膨胀性能分析

以膨胀剂掺量为基本参数,对不同水化热温度影响下的5根钢管微膨胀混凝土构件的膨胀性能和应力场进行了研究,考察了水泥水化阶段钢管微膨胀混凝土构件温度场及其核心混凝土的限制膨胀特性.结果表明,钢管微膨胀混凝土构件截面温度场的变化规律与普通混凝土构件类似;核心混凝土中掺加膨胀剂,补偿收缩效果明显,并且在钢管的限制作用下产生了一定的预压应力.根据试验结果,分析了核心混凝土限制膨胀的应变特点及其影响因素,研究了核心混凝土预压应力的产生、分布特点及其与膨胀剂掺量的关系,为钢管微膨胀混凝土的优化设计提供了依据.     

既有结构改造加固的应力重分布研究

针对既有建筑物改造加固引起的应力重分布现象显著,依托某抽柱扩跨实际工程,采集结构施工及运营期框架梁挠度及应变数据,结合有限元参数对比分析发现:对于扩大截面加固的新截面而言,单纯的体系转变受力大于收缩徐变效应,1 000 d后框架梁的挠度及应力增大到完成初期的2~3倍;结构加固使得框架梁截面形心转移,导致体系转换前旧梁积累的应力难以释放,加固截面的新旧混凝土收缩徐变效应会促使老混凝土时变应力逐渐超过结构体系转换后的初始应力;建筑物抽柱扩跨改造加固的应力累加效应显著,实际梁底混凝土最大应力可达一次成型设计值的2倍,且已超出材料的抗拉强度。因此,建议抽柱扩跨加固改造设计时重新审视应力累加效应及新旧混凝土收缩、徐变时变特性。     

组合梁中的时效行为计算分析

采用按龄期调整的有效模量,结合有限单元步进法,提出一种计算组合梁中时效行为的方法。该方法通过迭代法计算与时间有关的混凝土收缩徐变及力筋松弛引起的预应力损失。应用这种分析方法,编制相应的计算程序,进行一个组合框架及一座两跨连续组合梁的时效行为分析。结果表明,混凝土的收缩、徐变以及预应力损失对组合梁的应力重分布影响很大。