装配式钢筋混凝土U型渠的耐久性能分析研究

摘要

我国是农业大国，随着农业经济的飞速发展，人们越来越关注如何应用节约资源的高效技术来提升农业生产效益，因而节水灌溉技术逐步发展起来。我国农业灌溉技术相对比较落后，除灌溉方法以及灌溉制度不适合以外，灌溉水渠存在的淤积、渗漏、冻胀破坏等问题严重影响了渠道的耐久性以及使用寿命。落后的灌溉技术严重制约着农业节水灌溉的发展。
　　本文所研究的装配式钢筋混凝土U型渠道，相对于大U型衬砌渠道，渠道不易发生冻胀破坏以及渗透问题，更具有生产标准化、运输安装简易、检修方便等优点，被越来越多的灌区渠道改造以及土地整治工程应用。
　　为研究装配式U型渠道的基本特性、冻胀破坏及使用寿命等耐久性问题，本文以渠道混凝土以及成型渠道作为研究对象，通过理论研究、数值分析、室内试验等方法，探讨研究渠道混凝土的强度特性、抗水渗透特性、抗率氯离子渗透特性以及抗冻性能;模拟渠道的季节性冻胀破坏过程;最后在试验数据的基础上，分析渠道混凝土在碳化条件下和氯离子环境中的使用寿命，旨在探讨装配式钢筋混凝土U型渠在设计使用期内的安全性和适用性。
　　本课题重点开展以下研究工作:
　　1、结合实际工程的生产需要，采取超量取代法计算三组强度等级为C30、初始坍落度为160-180mm的混凝土配合比，并分析拌合物的基本性能。
　　2、通过室内混凝土耐久性试验，对比分析不同配合比的渠道混凝土的强度特性、抗渗透特性（抗水、抗氯离子）及冻融循环特性。
　　3、应用有限元软件模拟梁式渠道和渠式渠道的冻胀破坏过程，对比分析两种渠道温度场、应力场以及位移场等冻胀特征，以研究渠道抗冻胀耐久性能。
　　4、研究U型渠道在碳化条件下及氯离子环境中的寿命准则，分析渠道混凝土的寿命预测方法;根据混凝土耐久性试验结果，完成U型渠道混凝土的碳化寿命预测以及在氯离子环境中耐久性评估。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及项目来源

1．1．1 灌溉水资源概述

1．1．2 灌溉渠道存在的问题

1．1．3 本文研究项目来源

1．2 国内外研究综述

1．2．1 混凝土耐久性试验

1．2．2 渠道冻胀模拟

1．2．3 混凝土结构寿命预测

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 渠道混凝土耐久性能参数试验

2．1 试验原材料

2．2 试验配合比

2．2．1 基准配合比(Ⅰ)

2．2．2 加入粉煤灰(Ⅱ)

2．2．3 加入减水剂(Ⅲ)

2．3 混凝土试件制作及养护

2．4 混凝土拌合物性能试验研究

2．5 本章小结

第三章混 凝土耐久性能试验结果分析研究

3．1 混凝土强度试验

3．1．1 混凝土立方体抗压强度

3．1．2 混凝土立方体劈裂抗拉强度

3．2 混凝土抗水渗透试验

3．3 混凝土抗氯离子渗透试验

3．4 混凝土冻融循环试验

3．5 本章小结

第四章 装配式混凝土U型渠冻胀破坏数值模拟分析

4．1 渠道冻胀破坏机理及其影响因素

4．2 装配式混凝土U型渠冻胀数值计算模型

4．2．1 冻胀有限元模型的求解方程

4．2．2 冻胀有限元模型的基本假定和参数取值

4．3 装配式U型渠的冻胀性能分析

4．3．1 温度场分析

4．3．2 应力场分析

4．3．3 位移场分析

4．4 本章小结

第五章 装配式钢筋混凝土U型渠的耐久寿命预测

5．1 混凝土碳化耐久性能研究

5．1．1 混凝土碳化的影响因素

5．1．2 混凝土碳化深度预测

5．1．3 渠道混凝土碳化寿命准则

5．2 混凝土氯盐侵蚀耐久性能研究

5．2．1 氯离子侵入混凝土的方式及影响因素

5．2．2 氯离子侵入混凝土的模型及随机模型

5．2．3 氯离子侵蚀下渠道混凝士寿命准则

5．3 装配式混凝土U型渠的寿命预测

5．3．1 结构极限状态及失效概率

5．3．2 碳化条件下的渠道寿命预测

5．3．3 氯离子侵蚀下的渠道寿命预测

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．1．1 渠道混凝土耐久性试验

6．1．2 渠道及基础冻胀模拟

6．1．3 渠道混凝土寿命预测

6．2 本文创新点

6．3 工作不足与展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目

硕士期间参与的学术会议

硕士期间发表的学术论文