预应力混凝土桥梁的孔道灌浆研究

摘要

孔道灌浆是后张法预应力混凝土桥梁施工中最重要的环节之一，其质量的好坏直接影响到桥梁在使用过程内的安全性和耐久性。目前孔道压浆不密实的问题在桥梁建设中十分突出，有鉴于此，本文对常规压力灌浆法下的孔道灌浆质量进行了研究。
　　 比较国内外的灌浆现状，可以看到：灌浆材料、工艺、设备都会对灌浆质量产生较大的影响。抛开人为因素产生的质量通病，对于压力灌浆而言，灌浆质量在很大程度上与灌浆压力和灌浆速度有关。若灌浆压力过小，水泥浆没有足够的推进力在孔道里流动，导致流动能量过小，则无法完全排开空气而注满孔道；若灌浆速度过小，由于水泥浆的粘塑性，将导致浆体流动速度小于水泥浆的自流速度，从而导致排气不充分，也会影响密实性。
　　 现有的国内外对预应力孔道灌浆的研究，大多都是建立在现场试验的基础上，虽然现场试验能够较好的与工程实际接轨，但是现场试验由于受到人力、物力、财力、人身安全等因素的制约，无法进行大范围的推广，本文采用计算流体动力学(CFD)分析方法对灌浆过程进行数字模拟，可以形象的再现流动情景，而且受制约的因素比现场试验少，具有很好的研究价值。
　　 文章分别从灌浆压力和灌浆速度两个角度来分析预应力桥梁孔道的灌浆质量，通过比较在不同条件下水泥浆的流动形态以及充盈程度，得出结论如下：对预应力混凝土桥梁的孔道灌浆而言，抛开人为因素，灌浆压力是影响灌浆质量的主要因素，合适的灌浆压力既能保证水泥浆的密实度，又不会对灌浆设备提出过高的要求，还能节约材料，减少施工成本。灌浆压力太小会导致灌浆不饱满，灌浆压力太大则会提高灌浆的成本。而对于灌浆速度，只需保证其在流动过程中的速度大于水泥浆的自流速度即可，单纯的提高灌浆速度对灌浆质量改善不大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1预应力孔道灌浆的重要性

1.2国内灌浆现状

1.3国内外灌浆研究

1.4孔道灌浆存在的问题

1.5本文研究内容

第2章孔道灌浆分析的理论基础

2.1流体与流动的基本特性

2.1.1理想流体与真实流体

2.1.2牛顿流体与非牛顿流体

2.1.3流体热传导及扩散

2.1.4可压流体与不可压流体

2.1.5定常流动与非定常流动

2.1.6层流与湍流

2.2流体动力学控制方程

2.2.1质量守恒方程

2.2.2动量守恒方程

2.2.3能量守恒方程

2.2.4组分质量守恒方程

2.3三维湍流理论

2.3.1湍流流动的特征

2.3.2湍流的基本方程

2.3.3湍流数值模拟方法

2.4 CFD的求解过程

2.4.1总体计算流程

2.4.2分析流动过程

2.4.3建立控制方程

2.4.4确定初始条件与边界条件

2.4.5建立计算模型

2.4.6划分计算网格

2.4.7建立离散条件

2.4.8给定求解控制参数

2.4.9求解离散方程

2.4.10判断解的收敛性

2.4.11查看计算结果

2.5本章小结

第3章孔道灌浆力学模型和参数分析

3.1预应力孔道

3.1.1预应力孔道的选取

3.1.2孔道模型的简化

3.2水泥浆

3.2.1水泥浆的选用

3.2.2水泥浆模型的简化

3.3生成有限元模型

3.3.1建立各个区域

3.3.2建立网格

3.4本章小结

第4章孔道灌浆数值计算

4.1确定流动属性

4.2设定边界条件

4.2.1流动进口边界条件

4.2.2流动出口边界条件

4.2.3壁面条件

4.3给定初始值

4.4网格自适应参数

4.5结果控制

4.6结构计算

4.7结果分析

4.7.1显示体积分数等值线

4.7.2水泥浆流动分析

4.7.3灌浆质量评价

4.8本章小结

第5章孔道灌浆质量分析

5.1灌浆压力对灌浆质量的影响

5.1.1水泥浆在流动过程中的压力变化情况

5.1.2降低灌浆压力后的灌浆质量分析

5.1.3提高灌浆压力后的灌浆质量分析

5.1.4灌浆压力影响分析

5.2灌浆速度对灌浆质量的影响

5.2.1降低灌浆速度后的灌浆质量

5.2.2提高灌浆速度后的灌浆质量

5.2.3灌浆速度影响分析

5.3施工建议

5.3.1灌浆技术建议

5.3.2灌浆管理建议

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文