施工早期CRTSⅢ型无砟轨道底座板凹槽角裂纹萌生原因分析

针对CRTSⅢ型无砟轨道在施工阶段底座板凹槽角出现开裂的问题,通过建立考虑水化热、浇筑温度和混凝土收缩的无砟轨道有限元模型,计算施工期间不同浇筑温度影响下凹槽的应力场,并与混凝土抗拉强度进行对比,假定应力值超过混凝土抗拉强度就会有开裂的可能,从而得到不同浇筑温度对底座板凹槽角开裂的影响。结果表明:浇筑温度大于22℃时,底座板凹槽角存在开裂的可能,应尽量避免在该温度范围施工;控制浇筑温度和采取降温措施是避免底座板凹槽角发生开裂的有效手段。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座凹槽四角裂缝产生机理及结构优化措施研究

针对高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工过程中限位凹槽出现的四角裂缝病害，引入混凝土损伤塑性本构关系，建立底座板限位凹槽非线性随机损伤有限元分析模型，研究底座板凹槽四角裂缝产生机理并提出结构优化措施。研究结果表明：在较大负温度梯度荷载作用下，底座板凹槽四角位置会出现与现场实际情况相符的受拉损伤，负温度梯度为底座板凹槽四角裂缝产生的主要温度荷载条件，现场应重点关注轨道结构的负温度梯度情况；倒角能明显提高底座板凹槽四角混凝土损伤产生的临界负温度梯度，对限位凹槽的损伤情况也有一定程度改善，建议限位凹槽四角倒角半径取80～100 mm。现场应用情况表明，限位凹槽四角倒角结构优化设计对抑制凹槽四角裂缝产生效果明显。     

施工过程中温度变化对CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板的影响分析

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道施工期间连续底座板张拉过程中底座板存在变化的温度,基于有限元方法及钢筋混凝土粘结滑移理论,建立底座板混凝土-钢筋-桥梁纵向相互作用计算模型,计算分析当施工温度为5℃时,底座板钢筋和混凝土应力随温度变化和张拉过程中的变化规律。结果表明:底座板混凝土和钢筋拉力与混凝土段的长度有着直接联系,随着混凝土段长度增加,底座板混凝土和钢筋所受拉力相应变大;张拉过程中,底座板混凝土可能会在第二次张拉时开裂,而张拉连接器钢筋和齿槽后浇带钢筋未达到屈服。     

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.     

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。     

路基地段双块式无砟轨道连续式道床板裂缝控制技术

为解决路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道纵向连续式道床板的开裂问题,特别是控制宽度大于0.2 mm的超标裂缝,本文结合昌景黄（南昌—景德镇—黄山）高速铁路安徽段工程,通过现场调查总结出8种裂缝类型及其分布特征,包括八字形角裂缝、一字形横向裂缝、L形裂缝、纵向枕间横向裂缝、轨枕四周环向裂缝、横向枕间贯通裂缝、表面龟裂缝、反射裂缝。从结构形式、外加荷载、混凝土自身收缩、温度应力、施工工艺等方面分析了道床板开裂机理,提出了道床板裂缝的综合控制技术：路基地段优先采用单元式道床板;采用连续式道床板时,设置后浇带进行二次浇注,在轨枕四角增配上层抗裂钢筋,采用低水泥用量、低用水量、低坍落度、适当含气量、掺加适量粉煤灰的配合比设计;从支承层/底座板验收、混凝土施工工艺、早期保温保湿养护、工具轨排应力的及时释放四个方面改进施工工艺。工程实践表明,这些控制措施能够有效提高道床板混凝土的抗裂性能,控制道床板裂缝。     

基于高速铁路路基冻胀的无砟轨道受力特征

研究目的:季冻区高速铁路路基冻胀变形较为普遍,局部冻胀变形会给无砟轨道受力带来较大影响,甚至有可能带来结构层开裂。为此,本文建立高速铁路无砟轨道-路基冻胀耦合计算模型,以路基冻胀变形曲线作为冻胀变形的输入条件,分析路基冻胀变形波长和幅值对不同类型无砟轨道结构受力的影响,同时对CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板凹槽限位优化为凸台限位方案以及下部设置沥青混凝土封闭层的影响进行分析。研究结论:(1)路基冻胀变形幅值越大,冻胀波长越小,无砟轨道结构层应力均越大;(2)双块式无砟轨道在路基冻胀下道床板和支承层应力较大,易产生开裂,不宜应用于季冻区;(3)底座板限位凹槽是CRTSⅢ型板式无砟轨道在基础冻胀变形下的受力薄弱环节,将其优化为凸台后,能够较大程度降低结构在基础变形下受力;(4)在CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板下设置沥青混凝土层时,轨道板及底座板应力均有降低趋势,沥青混凝土层弹模越低,应力降低幅度越大;(5)本研究结论可为基础冻胀变形控制标准的制定和季冻区高速铁路无砟轨道的选型提供参考。     

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。     

CRTS双块式无砟轨道一体化底座模板系统和自动整平设备研发与应用

为解决传统双块式无砟轨道底座板采用人工整平或简易整平方式施工易产生混凝土振捣不足、凹槽四角裂纹、底座板标高误差大等问题,研发了可遥控操作,具备推平布料、振捣密实、提浆、整平塑型等功能的单双线一体化底座模板系统和自动整平设备,并在郑州—万州高速铁路湖北段桥梁上开展了现场应用.与采用传统设备相比,该模板安装简单,凹槽定位准...     

预应力AFRP筋混凝土构件抗弯性能研究

基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP(一种纤维增强复合材料)筋混凝土构件正截面受弯承载力及截面开裂弯矩计算公式,并对5组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的AFRP筋混凝土构件的抗弯性能进行了对比。研究结果表明:提出的预应力AFRP筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可有效描述该构件的受力特征;AFRP筋的张拉控制应力对AFRP筋混凝土构件极限抗弯承载力影响较小;而张拉控制应力的增大可有效提高AFRP筋混凝土构件的抗裂承载能力;当张拉控制应力接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力相应提升77.65%,有效地延迟了截面裂缝开裂的时间,提高了结构的抗弯刚度。     

大体积混凝土桥墩裂缝分析整治及建议

研究目的：对大体积桥墩混凝土表面裂缝产生的原因进行分析，据此研究制定相应的整治措施，并针对铁路客运专线桥梁墩台裂缝控制提出建议。 研究方法：根据桥墩裂缝发生的部位，建立桥墩有限元分析模型，对桥墩在恒载、活载、墩身内外温差、混凝土收缩和降温等最不利荷载组合情况下进行墩身结构的空间应力分析，根据分析结果来确定裂缝产生的原因。 研究结果：混凝土收缩和降温或水化热产生的墩身混凝土表面最大拉应力远远大于恒载加活载的劈裂应力，超出混凝土的抗拉强度。混凝土收缩和降温或大体积混凝土的水化热应力是桥墩开裂的主要因素。 研究结论：铁路客运专线大体积混凝土桥墩在设计与施工时应采取降低内外温差等有效措施以防止产生裂缝。     

混合梁斜拉桥微膨胀UHPC灌注钢混结合段的时变效应

为明确微膨胀超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)灌注材料的收缩徐变对混合梁斜拉桥钢混结合段长期性能的影响,以湖北武穴长江公路大桥为工程背景,开展材性试验与结构反应实测。基于一种全桥杆系+局部空间网格的多尺度有限元建模方法,对不同灌注材料收缩徐变下钢混结合段的时变效应进行分析研究。研究结果表明：实桥所采用的微膨胀UHPC在测试龄期内膨胀应变呈现出先增后减且始终保持膨胀的趋势,在约5 d龄期时达到最大膨胀应变292.6με,至1 080 d时为83.8με;徐变系数在前50 d龄期内增长较快,至1 080 d时为1.63。灌注材料的收缩可在结合段内部产生显著的次应力,表现为内填混凝土的拉应力和钢格室的压应力;徐变则会导致混凝土应力松弛而使一部分恒载压应力向钢结构转移。运营20 a后,钢混结合段内填普通混凝土存在较高的开裂风险。未作收缩控制的普通UHPC虽亦出现拉应力,但未超过其抗拉强度,抗裂安全系数仍可达到1.5以上。而微膨胀UHPC处于受压状态,不存在开裂问题。微膨胀UHPC的应用,既可改善内填混凝土的抗裂性能,又有助于常规钢混结合段...     

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。     

超高桥塔高强混凝土性能研究及收缩调控

研究目的:为研究沸石砂砾、粉煤灰陶砂与高吸水树脂(SAP)内养护材料对C60高强混凝土性能的影响,分析单掺及复掺内养护材料对混凝土抗压强度、内部相对湿度及自由收缩的影响规律。研究结论:(1)在单掺形式中,内养护引水量为13. 5 kg/m~3时,混凝土减缩效果及力学性能最佳;总引水量为13. 5 kg/m~3时,沸石砂砾与高吸水树脂复掺可进一步降低混凝土自由收缩,二者引水质量比为2∶1时,混凝土28 d收缩值仅为基准组混凝土的36. 1%;(2)通过不同内养护材料引水量与内部相对湿度关系、自由收缩与内部相对湿度关系,回归得到关键参数,建立内养护混凝土收缩预测模型,可实现收缩调控;(3)结合沪通长江大桥主塔大体积混凝土结构,采用MIDAS FEA软件进行混凝土早期抗裂性分析,复掺沸石砂砾和SAP内养护混凝土塔柱在温度与收缩应力共同作用下,其最易开裂部位的拉应力均小于最大容许拉应力,总体开裂风险较低;(4)本研究结果可为大体积高强混凝土应用提供参考。     

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。     

影响混凝土结构水化热温度多因素分析

混凝土硬化初期,因水泥的水化热作用会在混凝土结构内形成不均匀的温度场分布,从而使结构产生不均匀温度变形,在受到结构自身约束和外部约束时,会产生很大的温度应力。许多情况下因处理或控制不当,这种应力会超过混凝土的抗拉强度而导致混凝土表面开裂,给结构的使用及安全带来隐患。文中针对施工过程中影响混凝土结构水化热温度梯度的几个因素进行了有限元分析,提出了一些初步结论,为以后的混凝土施工提供参考。     

钢筋混凝土空心板桥预制梁水化热分析研究

以某钢筋混凝土空心板预制梁为例,采用Midas FEA建立三维实体有限元模型,计算分析表明,空心板预制梁的板厚较小,内部混凝土的温度上升幅度不大;不采取温控措施的条件下,在环境温度变化较大的地区空心板预制梁发生混凝土开裂的风险较大,其温度应力不可忽视;采取粘贴保温板、覆盖岩棉等相应温控措施后,空心板预制梁的温度应力可以完全控制在混凝土的抗拉强度范围之内;空心板预制梁在养生期受环境温度的影响较大,在预算充足的情况下,建议采取适当措施控制环境温度的变化幅度。     

大体积混凝土施工中的技术处理

大体积混凝土施工往往由于产生过大的温度应力导致混凝土结构开裂，本文分析了开裂的原因和所采取的控制开裂的措施。     

钢筋混凝土T形桥墩盖梁开裂若干问题的探讨

针对钢筋混凝土T形桥墩盖梁开裂问题,以某城市大型立交桥中钢筋混凝土T形桥墩的检测试验结果为基础,采用三维仿真数值模型,分析了钢筋混凝土T形桥墩盖梁的开裂机理。研究结果表明:钢筋混凝土T形桥墩的盖梁开裂问题,一般是由于其自身内部拉应力超出混凝土材料的抗拉强度允许值造成的,属于结构性裂缝,设计中应予以重视。这类桥墩盖梁的内部应力情况复杂,采用通常的空间杆系模型难以掌握其内部应力状态,设计中应采用三维仿真数值模型分析。此外,从盖梁开裂机理的角度,探讨了相应的设计对策。     

铁路隧道衬砌混凝土温度裂缝原因分析与防治措施

分析696座服役隧道衬砌混凝土的开裂情况及其影响因素,针对非荷载因素中温度应力导致的开裂,探讨隧道衬砌混凝土温度裂缝的防治措施。结果表明:隧道衬砌混凝土裂缝依据产生的原因可分为荷载裂缝和非荷载裂缝,其中非荷载裂缝主要是由温度应力导致,其数量占总裂缝数的50%～70%,;水泥水化放热导致在混凝土内部出现温度梯度,且靠近隧道内部温度梯度较大,而靠近初期支护一侧温度梯度相对较小;通过降低衬砌混凝土整体水化温升值和控制边界温度梯度,可降低隧道衬砌混凝土温度开裂的风险。