适于移动模架工法大跨径连续箱梁高性能混凝土研究

摘要

移动模架工法由于其造桥的高性价比、高效率机械化作业等特点，是我国大跨径桥梁建设中一种具有很大应用前景的施工方法。突破高强泵送抗裂移动模架施工大跨径连续箱梁混凝土的制备技术，对于推动移动模架在我国桥梁建设中的应用具有重要的意义。本文结合广州珠江黄埔大桥62.5m箱梁，对移动模架施工大跨径连续箱梁C50混凝土进行了较为系统的研究。主要研究了高性能混凝土配合比设计及优化的方法；揭示了凝结时间与早期强度的匹配关系；研究了移动模架施工大跨连续箱梁高强混凝土的收缩性能与耐久性；采用单轴约束温度-应力开裂试验机和有限元分析两种方法对移动模架施工大跨连续箱梁混凝土的温度应力发展与分布规律进行了研究。本文主要研究成果为： (1)根据密实骨架堆积原理，提出了移动模架法施工大跨箱梁混凝土配合比设计方法。采用此方法，设计出了高早强(3天抗压强度≥45MPa)与高弹性模量(3天弹模≥3.45×104MPa)，满足3天进行预应力张拉要求的大跨径箱梁抗裂高性能混凝土；(2)通过不同配比下混凝土凝结时间与早期强度的研究，揭示出了其匹配关系。通过密实骨架堆积法以及凝结时间与早期强度匹配关系的研究解决了移动模架施工大跨连续箱粱混凝土要求凝结时间长与早期强度高的矛盾。(3)提出了采用温度-应力试验机并结合平板试验、椭圆环试验对移动模架法施工大跨箱梁混凝土抗裂性的评价方法。采用应力储备这一指标可综合反映不同配比或材料混凝土温度应力大小与早期抗拉强度对混凝土开裂的影响。对于移动模架施工法大跨连续箱梁混凝土应力储备宜大于30％。掺入一定量的矿物掺合料可以提高混凝土应力储备，减小其开裂风险。矿物掺合料的掺量存在一个最佳值使得移动模架法施工大跨径连续箱梁混凝土的应力储备最高，开裂可能性最小，此掺量对于矿粉为15％。(4)采用有限元分析软件ANSYS可以较准确的模拟移动模架法施工大跨径连续箱梁的温度场与温度应力场。移动模架法施工大跨连续箱梁最高温度与应力出现在腹板与顶板交界的地方，最大压应力出现在温峰之前几个小时的时间，它远小于此时混凝土抗压强度，最大拉应力出现在温度降至室温左右的时间。 本文研究成果在广州珠江黄埔大桥中的应用表明，所配制出的C50混凝土满足3天预应力张拉的要求，提高了工程质量，缩短了工期，降低了工程造价，在施工中未出现裂缝，工程应用效果良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外主要研究现状

1.2.1移动模架工法

1.2.2高性能混凝土配合比设计研究现状

1.2.3混凝土箱梁裂缝

1.3本文研究的主要内容、方法与技术路线

1.3.1研究的主要内容

1.3.2设计方法与技术路线

第二章混凝土配合比设计与性能研究

2.1原材料选择

2.1.1水泥

2.1.2矿物掺合料

2.1.3外加剂

2.1.4粗集料

2.1.5细集料

2.2配合比优化设计

2.2.1配合比设计目标

2.2.2密实骨架堆积法原理

2.2.3密实骨架堆积计算步骤

2.2.4密实骨架堆积混凝土配合比确定

2.2.5密实骨架堆积初步配比工作性能与强度试验

2.2.6水泥与矿物掺合料比例调整

2.3混凝土凝结时间与早期强度强度之间的匹配关系

2.3.1外加剂掺量对混凝土凝结时间和早期强度的影响

2.3.2水灰比对混凝土凝结时间和强度的影响

2.3.3矿粉掺量对混凝土凝结时间和强度的影响

2.3.4粉煤灰掺量对混凝土凝结时间和强度的影响

2.3.5微观形貌分析

2.4混凝土抗裂性

2.4.1开裂影响因素分析

2.4.2混凝土收缩研究

2.4.3温度-应力开裂试验

2.5大跨薄壁箱型结构高强泵送抗裂混凝土耐久性

2.5.1氯离子渗透

2.5.2混凝土碳化

2.6本章小结

第三章水化热温度场与应力场的仿真分析及温度控制

3.1有限元法简介

3.2ANSYS简介

3.2.1 ANSYS热分析

3.2.2耦合场分析

3.2.3 APDL语言

3.3混凝土温度场与应力场分析基本理论

3.3.1热传导方程及温度计算的边值条件

3.3.2混凝土的基本热学、力学参数

3.4移动模架法施工大跨连续箱梁温度场模拟

3.4.1水泥水化放热规律的确定

3.4.2材料热力学参数和边界条件的确定

3.4.3 ANSYS分析方法

3.4.4试验与模拟结果分析

3.5移动模架法施工大跨连续箱梁温度应力场模拟

3.5薄壁箱型结构高性能混凝土温度控制措施

3.6本章小结

第四章移动模架法施工大跨连续箱梁施工与工程应用实例

4.1移动模架大跨径薄壁箱梁混凝土生产与运输

4.2高强泵送抗裂混凝土生产质量控制

4.3高强泵送抗裂混凝土浇筑工艺与振捣工艺

4.4高强泵送抗裂混凝土的养护工艺

第五章结论

参考文献

致 谢

附录攻读硕士学位期间发表论文