基于温度效应的隧道二次衬砌混凝土结构力学状态分析

为了研究寒冷地区隧道二次衬砌混凝土结构在环境温度变化情况下的力学状态,基于振弦式混凝土应变计的测试原理,提出温差引起的误差修正公式,并采用数值模拟的方法,对隧道二次衬砌混凝土的温度应力进行了分析。结合陕西省吴堡至子洲段高速公路刘家坪3号隧道现场二次衬砌混凝土应变监测数据,研究了1年内环境温度变化情况下隧道二次衬砌混凝土的结构受力。结果表明:在温度的影响下,混凝土内部在冬季产生了比较大的拉应力,混凝土内侧拱顶产生压应力,其余部位内侧产生拉应力;混凝土外侧拱顶和边墙部位产生了比较大的拉应力,最大值出现在拱顶部位;混凝土的内外侧应力最大值为1.01 MPa,接近C25混凝土的设计抗拉强度1.33 MPa。     

隧道底板混凝土浇筑水化热计算分析研究

为研究隧道底板一次浇筑施工过程中，结构的温度场和应力场的变化规律及结构抗裂性能，以深圳某隧道长40 m×宽16.25 m×厚1.2 m的底板为工程背景，进行分析。采用ANSYS，建立实体水化热效应温度场和应力有限元模型，并利用matlab处理温度荷载数据，结合实际浇筑方案和拆模时间，研究底板从浇筑至28 d的内部最高温度、最低温度、里表温差和拉应力变化规律。结果表明：混凝土底板在2～3 d内达到温度峰值，最高温度为52.54℃。在第28 d，混凝土里表温度基本与环境温度接近。里表温差最大为21.4℃，发生在2～3 d的时间段内。实际施工时，可采取一定的保湿通风和提高掺合料比等措施，来控制温度峰值。整个施工过程中，混凝土抗裂安全系数均大于1.15，满足规范要求。底板采取一次浇筑的施工方案切实可行。     

连续刚构桥高墩实心段混凝土裂缝成因分析及处理措施

某连续刚构桥高墩单肢截面尺寸为4m×9m,首节实心段C50混凝土一次浇筑层高4m,浇筑后带模养护7d,拆模后墩身出现有规律的裂缝。为研究该高墩混凝土开裂原因,以及在混凝土中掺加10%膨胀剂作为处理措施的可行性,在实验室制备标准试件,测试了C50混凝土和掺膨胀剂的C50-P混凝土在恒温绝湿条件下的变形、干缩以及力学性能指标,采用有限元软件建立实心墩柱模型,分析混凝土温度历程和应力发展。结果表明:C50混凝土养护7d后撤掉养护措施,约1d后表面开裂;裂缝原因主要是约束作用下混凝土中心迅速降温与自生体积变形(收缩)相叠加,导致拉应力超过抗拉强度;C50-P混凝土在升温阶段产生的较大预压应力抵消了温度下降、体积收缩等因素产生的拉应力,在经历较长时间的降温和收缩后才出现拉应力,显著提高了抗裂性。该桥梁后续墩柱施工采用C50-P混凝土,桥墩未再开裂。     

钢桥面板在高温混合料摊铺时温度效应参数分析

为探究施工工艺参数对高温浇筑过程中钢桥面板温度效应的影响，基于瞬态温度场传热理论和热力学边界条件假设，采用生死单元法建立钢桥面板在浇筑式高温沥青混合料摊铺过程中的时空温度场、应力场、变形场模型，研究工艺参数变化对钢桥面板温度效应的影响。研究结果表明：摊铺区顶板在距离摊铺开始35 min达到峰值温度92℃,温度效应影响大约是左右宽度1 m范围；单次摊铺宽度和摊铺速度分别对钢桥面板纵向最大拉、压应力影响显著，峰值应力分别为79.36 MPa和-136.07 MPa,摊铺温度主要影响摊铺区顶板纵向压应力和横隔板横向拉应力；钢箱梁变形主要受单次摊铺宽度的影响，单次摊铺宽度7.5 m, 24 m节段钢箱梁上拱2.12 cm,纵向最大伸长量为1.72 cm。因此，可通过适当减小单次摊铺宽度、降低摊铺温度和增大摊铺速度方式降低温度效应的影响。     

高地温隧道荷载模式及二次衬砌安全特性研究

为解决高地温隧道衬砌结构受力特性不明晰问题,以川藏线桑珠岭超高地温隧道为工程依托,采用现场试验和热-力耦合数值计算手段,研究二次衬砌在高地温环境下的力学特性和安全特性,提出高地温隧道荷载设计方法。结果表明： 高地温隧道二次衬砌施作后10 d内应力变化较大,20 d后趋于稳定;最大拉应力位于拱顶处,最大压应力出现在边墙处;高地温隧道荷载修正系数可表示为围岩初始温度的多项式关系;衬砌内外侧压应力均随围岩温度升高呈现出增大趋势,但各点增大速率存在一定的差异,拉应力值随温度呈波动增长;最小安全系数出现在拱顶,随围岩温度的升高而降低,当温度高于60 ℃时,存在被破坏的可能性;二次衬砌最大裂缝宽度位于拱顶处,随着温度升高,裂缝宽度增大。     

混凝土T型梁桥温度效应分析

T型梁桥腹板竖向裂缝是该类桥梁的典型病害,温度效应是引起裂缝产生的重要因素之一。为研究不同工况下T型梁桥的温度效应,选取梁体浇筑水化热、桥面沥青摊铺、日照温差3种工况,采用ADINA有限元软件进行实体模拟分析。结果表明:考虑混凝土时变效应时,T梁浇筑过程中水化热效应对结构影响较小; T型梁桥桥面沥青摊铺过程对T梁结构影响较大,T梁腹板由于沥青摊铺过程产生的温度梯度而产生较大的拉应力,约4h时温度应力达到峰值,可达3. 8MPa,其量值不可忽视,应在设计验算过程中予以考虑;在日照正温差作用下,T梁腹板将产生较大拉应力,对腹板受力产生不利影响。     

双肢人字形独塔斜拉桥整体温度效应影响研究

为了造型新颖美观,一些市政桥梁设计采用了异形独塔斜拉桥设计,索塔形状设计上也别出心裁,如出现了桥塔纵向布置为"人字形"的异形独塔斜拉桥。为考察此类结构的受力特性,以某双肢人字形独塔斜拉桥为例,采用Midas有限元程序计算分析了在整体温度效应作用下,通过改变桥梁连接方式,对比分析了主梁、主塔与副塔结构的应力分布情况。分析结果表明:主塔、副塔固结或者竖向支撑主梁,结构整体温度效应产生的桥塔最大拉应力发生在在副塔塔底处,且均超过4 MPa;主塔固结,副塔与主梁分离的情况下,整体温度效应产生的应力较小,最大拉应力小于1MPa。即随着副塔塔梁处刚性连接的释放,主塔及主梁的整体温度应力也随之减少。因此,采用主塔与主梁固结,副塔与主梁完全分离的边界形式能有效地减小整体升温作用下桥塔的应力,是较为适宜的桥塔边界形式。     

高温沥青混合料摊铺时正交异性钢桥面板温度响应分析

为了研究高温沥青混合料摊铺时正交异性钢桥面板在温度影响下的结构受力响应,基于瞬态温度场理论和热力学边界假设条件,确定数值模拟所需的各项热力学参数,以及通过试验-数值模拟方法得到了界面热阻参数。采用生死单元法建立了正交异性钢桥面板在高温沥青混合料摊铺全过程的时变温度场有限元模型,并结合某长江大桥在浇注式沥青混凝土摊铺过程中的实测数据,验证了该模拟方法的可靠性。基于该模型分析了高温摊铺下正交异性钢桥面板温度场时空变化规律。结果表明,在开始摊铺浇注式沥青混凝土30 min左右,摊铺区域处跨中钢桥面板上最高温度达到95℃,在结构分析中应考虑温度应力;位于摊铺区域的钢桥面板主要承受压应力,最大压应力温度增量139 MPa,位于非摊铺区的钢桥面板主要受拉应力,最大拉应力温度增量70 MPa;顶板温度的横向影响范围在摊铺边缘左右各约1 m,横隔板处顶板的纵向温度较其他截面略低6～7℃。该分析结果可为设计人员在计算摊铺施工时提供不利影响分析依据,并为施工人员在摊铺过程中进行施工监测提供参考。     

横撑施工程序对劲性骨架钢筋混凝土拱桥结构行为的影响分析

根据广安官盛渠江大桥横撑外包混凝土浇筑过程分析,结果表明按照原浇筑方案会造成拱肋外包混凝土出现过大拉应力,σt=3.0 MPaftk′=2.65 MPa不满足规范要求。该文研究以控制拱肋外包混凝土最大拉应力为目标,对横撑浇筑方案进行优化并得到满足规范要求的浇筑方案。通过对比分析各浇筑方案可知:浇筑靠近拱脚的横撑时,会增大拱脚附近截面的拉应力;浇筑靠近拱顶处的横撑时,会减小拱脚附近截面的拉应力而增大2L/5至3L/5段截面的拉应力。横撑的浇筑顺序只在横撑浇筑过程中影响拱肋拉应力,当所有横撑浇筑完成后拱肋最大拉应力会趋近于某一定值,从而提出了判断准则:若所有横撑外包混凝土浇筑完成后拱肋最大拉应力σtftk′(ftk′为施工阶段混凝土轴心抗拉强度标准值),则可以通过优化横撑浇筑顺序使拱肋拉应力满足规范限值;反之则不能。最后分析了不同位置横撑刚度的变化对结构稳定性的影响。     

基于Midas的拱座基础大体积混凝土温度影响因素分析

温度控制是大体积混凝土施工质量控制的重要环节,施工工艺参数是控制大体积混凝土温度裂缝的主要技术措施之一。该文通过采用Midas软件建立有限元模型分析浇筑方式、冷却管间距、浇筑温度和保温开始时间等施工参数对大体积混凝土温度的影响,结合具体工程所处环境情况,提出了控制大体积混凝土温度裂缝的技术措施。优化水泥混凝土材料组成,采用40%粉煤灰等量取代水泥,可以降低材料绝热温升9.08℃左右;混凝土浇筑采用分层间歇5d或分层连续间隔4h,冷却管水平和竖直间距为1.5m;浇筑温度越高,内部温升峰值明显增加,应通过在拌和水中掺加冰屑、石料提前浇水预冷等技术措施尽量降低混凝土浇筑温度;为减小里表温差和温降速率,浇筑48h后用保温篷布进行保温,同时应根据实时监测温度数据及时调整保温措施。     

不同水泥含量混凝土施工期温度应力场分布的有限元分析

研究不同水泥含量混凝土施工初期内部温度应力分布的特征,提出相关病害的预防有效措施,以某特大桥0号箱梁为研究对象,以MIDAS/FEA有限元分析软件为计算平台,采用有限单元法对施工期混凝土水化热温度场进行了数值模拟计算,分析了2种不同水泥含量的计算方案。结果表明:2种水泥含量下混凝土浇筑3d左右内部温升均达到高峰;低放热混凝土内部应力集中分布区域面积较小,有利于降低混凝土温度裂缝的出现;箱梁腹板与横隔板交界处温度应力集中,应注意此处的降温和减小应力措施。     

混凝土连续箱梁桥温度应力对比分析

按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）对横截面正、负梯度温度模式的规定,分别对同一座3跨预应力混凝土连续箱梁桥的梁单元模型和实体单元模型施加相同的温度荷载进行温度效应分析,对比来自2种单元模型的梁顶和底缘的总温度应力、温度自应力和温度次应力的计算结果,阐述2套结果的异同点,分析差异的成因。指出基于平面杆系有限元理论软件算出的温度应力值有可能偏小,宜辅之以实体单元模型的计算结果作为校正。     

PC连续箱梁施工阶段裂缝检测及成因分析

某软土地区城际铁路PC连续箱梁在支架现浇施工过程中顶板、腹板出现开裂病害,为评估裂缝对箱梁受力性能和工作性能的影响,采用三维激光扫描仪对箱梁顶板和底板线形进行扫描,对裂缝分布情况,裂缝长度、宽度和深度等形态进行检测,分析了裂缝产生的主要原因。建立三维空间有限元模型,分析施工支架变形和箱梁分层浇筑在施工过程中对PC连续箱梁的应力和线形影响。结果表明:第3跨、第4跨变形过大,第4跨最大变形达2.31cm;4号墩顶负弯矩区产生拉应力,最大应力值达6.02MPa。通过对箱梁应力分布和裂缝形态分析得出,箱梁负弯矩区施工期间开裂的主要原因是由于支架刚度不足,在支架刚度不足条件下,箱梁分层浇筑会加剧箱梁开裂。     

约束对隧道二次衬砌早期温度应力分布的影响

为了解决隧道工程渗水问题,基于某隧道工程,采用MIDAS-GEN对其二次衬砌早期模筑混凝土进行非稳定温度应力场以及周围约束进行研究。研究结果表明:约束可以改变隧道的早期拉应力场的分布,具有外围约束的隧道二次衬砌的拉应力为隧道厚度中间最大,无约束隧道的拉应力为外部最大,约束可以减小隧道外部区域的拉应力,使得远离约束区域的拉应力变大,而无约束隧道的拉应力分布与之相反。根据温度应力分布特点,建议在设计方面适当增大二次衬砌中间与外侧的配筋,在施工方面减小初期支护与二次砌衬之间约束等。     

温度应力对既有混凝土连续箱梁桥开裂的影响分析

采用三维空间实体单元，在分析连续箱梁桥温度应力分布规律的基础上，研究了温度梯度、箱梁的肋板与顶板刚度比以及跨径比等参数变化对温度应力的影响，并分析比较了按《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89版和JTG D60-2004版计算的温度应力。结果表明，在JTG D60-2004版温度梯度荷载作用下，箱梁顶板上下缘产生较大的横向拉应力，顶底板上下缘产生较大的纵向拉应力，产生较大温度应力处与实桥出现裂缝的部位基本吻合，从中揭示了温度应力对既有混凝土连续箱梁桥开裂的影响。     

泵送混凝土温度裂缝的分析及防治措施

针对影响结构的抗渗性和耐久性的泵送混凝土温度裂缝的普遍存在,分析了温度裂缝产生的原因,研究了温度应力的形成和产生原因,创新地提出了温度裂缝的防治措施,主要包括混凝土原材料和配合比的选用,掺入掺合料和外加剂,采用二次抹压技术和采用膨胀剂防治裂缝等,从而提高混凝土浇筑质量。     

关于铁路隧道仰拱与填充整体浇筑的探讨

为探讨隧道仰拱及仰拱填充整体浇筑的可能性,解决仰拱与仰拱填充分开浇筑与整体浇筑的争论,采用数值计算手段,建立荷载-结构模型,针对填充体不设置中心沟(管)、设置中心管、设置中心沟3种情况,分析仰拱填充不同浇筑时机对衬砌结构受力性能影响差异。研究结果表明:1)当仰拱填充内不设置中心管(沟),仰拱填充与仰拱整体施作,基本不影响衬砌结构受力性能;2)当仰拱填充内设置中心管,仰拱填充与仰拱整体浇筑,对衬砌结构受力性能影响较小,但填充表面中心处拉应力较大,为分开浇筑工况的7倍以上,加之中心管上部填充体厚度较薄,对抗拉不利,易开裂破坏,仰拱不宜与填充整体施作;3)当仰拱填充设置中心沟,仰拱填充与仰拱整体浇筑,对衬砌结构整体受力较为不利,不宜整体施作。     

考虑温度-车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析

为了研究环境与车载耦合作用对混凝土桥铺装层受力的影响,首先推导材料特性随温度变化的沥青混合料桥面铺装在温度—车辆耦合作用下的应力有限元计算公式。然后采用有限元方法建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型,通过现场实测和仿真计算,分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车辆荷载耦合作用下的铺装层拉应力。计算结果表明:拉应力峰值出现在桥墩上方对应的铺装层表面,较易较早出现开裂破坏;考虑铺装各层结构温度梯度变化后,耦合作用下的横向拉应力峰值在中午处于谷值,纵向拉应力峰值变化不明显;耦合荷载作用下的横向拉应力峰值比车辆荷载作用情况增加2.76倍,纵向拉应力峰值涨幅为42%。在铺装层的设计中必须考虑温度荷载的作用。     

青海哇加滩黄河特大桥施工控制

青海哇加滩黄河特大桥为主跨560m的双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥,其主梁采用双悬臂拼装架设,并采用单节段拼装浇筑法施工。为提高主梁架设效率、缩短工期,提出一种优化方案——不增加斜拉索张拉次数的两节段拼装浇筑法。为指导施工,使成桥后内力和线形满足设计要求,采用有限元软件MIDAS Civil建立全桥模型,利用正装迭代法对优化方案进行全过程施工及合龙控制分析。结果表明:施工过程钢梁最大应力212.2 MPa,桥面板最大拉应力1.42MPa,斜拉索最小安全系数2.31,塔柱最大拉应力1.6MPa,均满足规范要求;主梁合龙精度控制在3mm内;成桥后索力偏差最大值6.8%,索力均匀,主桥线形误差均在±56mm内,桥梁线形平顺。     

5CrMnHo钢锤锻模热处理工艺的研究(下)

2.不同热处理工艺对强度及塑性的影响锤锻模在工作过程中承受较大的拉应力,因而强度及塑性好坏是标志热处理工艺优劣的重要指标之一。(1) 不同温度淬火、油冷及165℃分级淬火时,不同回火次数对强度及塑性的影响图10是840℃、880℃、920℃加热后,分别油冷或165℃分级淬火后一次回火、165℃分级淬火两次回火处理与强度、塑性的关系曲线。从图10中看出,油冷后无论抗拉强度σ_b还是屈服强度σ_(?)都最高,屈服强度比165℃分级淬火后在相同的条件下提高128～176MPa。165℃分级淬火520℃两次回火抗拉