寒冷干燥地区桥梁混凝土薄壁墩防裂技术研究

摘要

由于我国北方地区冬季气候寒冷干燥、昼夜温差大和频繁的寒潮作用，使得寒冷地区的混凝土结构物容易产生各种结构裂缝。特别是对于寒冷地区的桥梁混凝土薄壁墩结构，其表面积相对更大，在硬化早期更容易出现包括裂缝、裂纹、裂隙等各种开裂现象。而薄壁墩一旦开裂，将对整个桥的耐久性、抗渗抗腐性及美观产生一定影响，整个桥的使用寿命也将大为缩减。因此如何对混凝土结构物的裂缝进行有效预防，成为工程界长期关注的问题。 本论文结合内蒙古交通科技项目，以内蒙古赤峰一通辽高速公路撒力巴至下洼段二标的K93+737大桥薄壁桥墩为对象，对寒冷地区的桥梁混凝土薄壁墩的防裂控制技术进行了比较深入的研究。主要内容如下： 1．分析混凝土各组成部分对桥梁混凝土薄壁墩整体抗裂性能的影响。对混凝土原材料进行了一系列优选，同时试验混凝土配合比设计中的凝胶材料用量、粉煤灰掺量、外加剂掺量以及砂率等主要参数，利用温度-应力试验机对混凝土拌和物进行试验量化分析，设计出满足抗裂要求的混凝土配合比，达到提高混凝土材料自身抗裂能力和改善材料本身变形性能的目的。 2．以大型有限元软件ANSYS为平台，对各种施工条件下薄壁墩内部温度场和应力场的变化进行了仿真计算。利用ANSYS参数化设计语言APDL编写宏命令，根据施工过程控制计算流程和单元生死，模拟施工各个阶段薄壁桥墩内部温度场的变化过程；叠加考虑温度变化产生温度应力与湿度变化引起的干缩应力共同对结构物开裂的影响，综合分析出薄壁墩各部分在施工中的应力发展状况以及对整体混凝土结构性能的影响。 3．对薄壁桥墩进行了全面施工监控，实施现场温度监测，分析混凝土浇筑过程中薄壁桥墩温度变化规律。将实际测温结果与理论计算进行相互验证。同时充分利用当地各种现有条件，按防裂要求严格控制薄壁墩混凝土的施工工艺，保证施工质量，确保桥梁混凝土薄壁墩整体性能。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1研究背景

1.2混凝土薄壁墩裂缝产生机理

1.2.1温度裂缝

1.2.2收缩裂缝

1.3温度应力和收缩应力研究进展

1.3.1温度场及温度应力研究

1.3.2收缩机理及收缩应力研究进展

1.4本文的工作

第2章桥梁混凝土温度场与湿度场相关计算理论

2.1温度场与温度应力相关计算理论

2.1.1热传导方程

2.1.2初始条件和边界条件

2.1.3温度场的有限单元法

2.2湿度场与收缩应力相关计算理论

2.2.1湿度场理论

2.2.2干缩理论模型

2.2.3混凝土收缩的估算方法

第3章薄壁墩混凝土配合比优化及性能试验

3.1混凝土原材料性能及优选

3.1.1水泥

3.1.2粉煤灰

3.1.3高效减水剂优选试验

3.1.4骨料

3.2混凝土配合比设计优化

3.2.1不同胶凝材料用量对比试验

3.2.2不同砂率对比试验

3.2.3不同石子级配对混凝土性能的影响

3.3薄壁墩混凝土经济成本分析

3.4混凝土热学性能试验

3.4.1绝热温升

3.4.2导温系数

3.4.3比热

3.4.4线膨胀系数

3.5混凝土抗裂性能研究

3.5.1混凝土单轴约束试验技术

3.5.2混凝土温度—应力试验机

3.5.3评价标准

3.5.4 C30混凝土温度应力试验结果

第4章桥梁混凝土薄壁墩仿真分析

4.1薄壁墩混凝土的材料特性

4.1.1混凝土原材料及配合比

4.1.2混凝土的热学性能

4.1.3混凝土的力学性能

4.2混凝土薄壁墩温度场与考虑收缩的应力场分析流程

4.2.1温度场计算过程

4.2.2考虑收缩的应力场计算过程

4.3桥梁混凝土薄壁墩有限元模型的建立和网格的划分

4.4计算条件

4.5计算结果分析

4.5.1温度场特征

4.5.2考虑收缩的应力场特征

第5章桥梁混凝土薄壁墩施工监控

5.1现场温控措施

5.1.1混凝土拌和温度控制

5.1.2施工现场的工艺控制

5.1.3后期的养护控制

5.2现场温度监测

5.2.1温度监测方案

5.2.2温度监测结果分析

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士期间公开发表的学术论文

致谢