混凝土收缩徐变对框架桥施工裂缝产生的机理研究
发布时间：2020-12-09 17:12
在当前交通的高速发展下,随着列车速度与车辆密度的增大,交通不畅成为城市发展的制约因素,为解决这一问题,下穿铁路的出现成为必然。随着线路密度的增大,大跨径下穿框架桥被越来越多的运用到工程当中;该类大跨径框架桥在施工过程中易出现裂缝,对结构的稳定性,安全性及耐久性造成深远影响,严重时造成框架结构难以承担顶进后施加在框架桥顶部的荷载。控制裂缝在施工阶段的产生成为当前研究的热点,当前普遍认为施工阶段裂缝产生的主要原因是由于温度应力引起的,并未充分考虑到由收缩徐变等因素的影响,因此为控制框架桥早期裂缝的产生,本文从收缩徐变机理入手,分析了收缩徐变与温湿度间的关系,采用数值计算模型分析考虑收缩徐变的应力变化。并通过现场实验研究,探寻温湿度对裂缝发展规律影响;现场湿度监测难以实现,本文采用温差及应力对照分析,并对裂缝发展过程做出总结;同时考虑收缩徐变作用对不同施工措施的应力变化影响,为该类工程提供裂缝控制技术及相关依据。本文依托宁波下穿铁路框架桥混凝土裂缝控制项目,通过实际工程对比试验,分析由温度场及应力场引起的相关变化,结合有限元数值模拟,探究不同环境温度、环境湿度对应力变化影响,并分析了不同施工...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
下穿立交图
兰州交通大学硕士学位论文-3-处理干缩产生的裂缝，裂缝使得混凝土内部水分加速向外散发，收缩应力增大，细小的裂缝连成一片，造成结构承载力降低，长期作用下，造成混凝土内部钢筋锈蚀，结构安全性、稳定性及耐久性降低。随着水泥水化热反应降低，外界环境温度降低，产生由混凝土温度降低造成的收缩，即温度收缩。混凝土内外侧的大温差，造成的内侧受拉外侧受压是产生混凝土拉裂的主要原因。此外由于混凝土的材料属性，其内侧温度向外侧温度传递速率较小，当外侧温度下降较大时，产生的大温差导致的拉应力超过混凝土强度，将混凝土拉裂。温度裂缝在混凝土框架桥涵中存在三种形态，分别为竖向，水平和斜向。施工中，选用低热水泥和粉煤灰水泥，减小水泥用量，降低水化热能有效控制裂缝的产生。混凝土凝结后，当混凝土内部的钙离子随着水分向外散失的过程中游离到混凝土表面，环境相对湿度在50%时，混凝土产生碳化收缩。碳化收缩就是混凝土中水泥水化物与空气中的CO2（在有水分的条件下，真正媒介是H2CO3）发生化学反应的结果。图1.2框架桥裂缝局部图1.2混凝土收缩徐变的研究现状收缩徐变是混凝土固有的材料属性，具有时变特性，特别是对于大跨径的混凝土框架桥受力和变形有显著的影响，故此类研究已成为大跨径混凝土设计及施工中不可回避的问题。国内外对该类研究越来越关注[13-16]，尽管如此，收缩徐变理论依然处于发展之中，国内外对收缩徐变机理的认识及计算表达依然存在不同见解。在大跨度混凝土结构中，收缩徐变不利影响主要表现为在结构中产生收缩及徐变次内力，易引起混凝土开裂，影响结构安全；有利的影响表现为徐变拉伸后其应力松弛能
兰州交通大学硕士学位论文-13-的研究是综合性的考虑其中的主要因素；根据材料组成体现混凝土强度。而本文主要研究收缩徐变对施工阶段的影响，施工阶段混凝土变化更为复杂，各因素对收缩徐变的影响不尽相同，根据内外在因素分析，能较为直观的定义影响程度。图2.1混凝土收缩徐变主要影响因素2.2.1内在因素(1)水泥，骨料，水，粉煤灰水泥强度等级在42.5级以上的高标号水泥在水化过程中，释放出大量水化热。为确保混凝土强度等级达到C40，同时又避免混凝土收缩过大，必须使用42.5级低碱普通硅酸盐水泥，其特点：水化热较低、强度增长较为缓慢。在使用之前，应做好不同厂家水泥性能比选工作，水泥至少提前一周进常骨料粒径和品种选用时，粗骨料要求：粒径为5～31.5mm连续级配且含泥量小于1%的碎石。细骨料要求：细度模数为2.7的中砂，且含泥量小于1%，使用中砂能有效减少水及水泥用量。特别注意以下几点:①粗细骨料含泥量要偏小，一般控制在1%以下，这样骨料有利于减小混凝土收缩变形，提高下穿铁路框架桥涵大体积混凝土抗裂性能；②粗骨料要注意避免使用砂岩，砂岩失水收缩，遇水膨胀，不利于抗裂；③中砂宜选择河砂，不宜使用山砂，严禁使用海砂。施工用水采用可饮用的自来水或者合格的地下水，建议采用饮用水，同时必须从确保混凝土强度、耐久性、匀质性等方面合理确定用水量。粉煤灰选用低钙Ⅱ级粉煤灰。其特点：具有显著的减水作用，掺入30%的Ⅱ级粉
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于试验的徐变模型修正及桥梁线型分析方法[J]. 毛江鸿,陆飞,张奕,曾甲华,言建标. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(12)
[2]白鹤滩水电站泄洪洞进口大体积混凝土温控措施浅谈[J]. 卢旺安,谢小兵,刘喆. 四川水利. 2019(05)
[3]C50大体积混凝土温度仿真及裂缝控制技术研究[J]. 宋幸芳,马红梅,宋国林,于咏妍. 公路交通科技(应用技术版). 2019(06)
[4]桥梁大体积混凝土施工中的温控方案与技术[J]. 尤俊刚. 交通世界. 2019(14)
[5]预应力混凝土连续箱梁桥施工监控中应力监测误差分析及对策[J]. 孙增寿,徐华柱,郑文通. 公路交通科技(应用技术版). 2013(11)
[6]混凝土超早期收缩试验与模拟[J]. 高原,张君,韩宇栋. 硅酸盐学报. 2012(08)
[7]不同温湿度环境粉煤灰混凝土与基准混凝土收缩性能试验研究[J]. 刘志勇. 土木工程学报. 2009(05)
[8]考虑收缩、徐变及开裂影响的组合梁长期受力性能研究(Ⅰ)——试验及计算[J]. 樊健生,聂建国,王浩. 土木工程学报. 2009(03)
[9]基于龄期度法对早龄期混凝土结构温度应力的分析[J]. 吕坚,叶列平,王宗纲. 工程力学. 2006(S1)
[10]混凝土结构季节温差应力分析方法研究[J]. 韩重庆,孟少平,唐红元. 建筑结构. 2006(03)
博士论文
[1]钢—混凝土组合梁徐变和收缩效应的理论与试验研究[D]. 韩春秀.昆明理工大学 2016
[2]钢管混凝土拱桥收缩、徐变效应研究[D]. 赖秀英.福州大学 2016
[3]大跨度预应力混凝土箱梁桥收缩徐变及温度效应的数值试验研究[D]. 曾庆响.华南理工大学 2015
[4]干湿环境下混凝土收缩与收缩应力研究[D]. 高原.清华大学 2013
硕士论文
[1]公铁两用跨海大桥承台大体积混凝土温控技术研究[D]. 何洪伟.湖北工业大学 2019
[2]考虑温度收缩影响的地下超长预应力混凝土顶板裂缝控制研究[D]. 郭海浩.合肥工业大学 2018
[3]新材料在桥梁拼接中的应用研究[D]. 左永辉.东南大学 2017
[4]足尺混凝土柱徐变性能研究[D]. 肖磊.哈尔滨工业大学 2017
[5]考虑温湿度的早龄期混凝土徐变测试与模拟[D]. 郭为强.清华大学 2017
[6]再生砖砌体骨料混凝土收缩性能及机理研究[D]. 李显.北京建筑大学 2017
[7]早龄期混凝土内部湿度场数值模拟及早期蠕变性能研究[D]. 夏成俊.重庆大学 2016
[8]粉煤灰对高性能混凝土早期力学性能与拉伸徐变特性的影响[D]. 刘东京.浙江工业大学 2016
[9]预应力混凝土箱梁收缩徐变及长期变形研究[D]. 张胜.长沙理工大学 2016
[10]钢—混凝土组合连续梁桥收缩徐变效应分析[D]. 杨奇涛.西南交通大学 2014
本文编号：2907198
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
下穿立交图
兰州交通大学硕士学位论文-3-处理干缩产生的裂缝，裂缝使得混凝土内部水分加速向外散发，收缩应力增大，细小的裂缝连成一片，造成结构承载力降低，长期作用下，造成混凝土内部钢筋锈蚀，结构安全性、稳定性及耐久性降低。随着水泥水化热反应降低，外界环境温度降低，产生由混凝土温度降低造成的收缩，即温度收缩。混凝土内外侧的大温差，造成的内侧受拉外侧受压是产生混凝土拉裂的主要原因。此外由于混凝土的材料属性，其内侧温度向外侧温度传递速率较小，当外侧温度下降较大时，产生的大温差导致的拉应力超过混凝土强度，将混凝土拉裂。温度裂缝在混凝土框架桥涵中存在三种形态，分别为竖向，水平和斜向。施工中，选用低热水泥和粉煤灰水泥，减小水泥用量，降低水化热能有效控制裂缝的产生。混凝土凝结后，当混凝土内部的钙离子随着水分向外散失的过程中游离到混凝土表面，环境相对湿度在50%时，混凝土产生碳化收缩。碳化收缩就是混凝土中水泥水化物与空气中的CO2（在有水分的条件下，真正媒介是H2CO3）发生化学反应的结果。图1.2框架桥裂缝局部图1.2混凝土收缩徐变的研究现状收缩徐变是混凝土固有的材料属性，具有时变特性，特别是对于大跨径的混凝土框架桥受力和变形有显著的影响，故此类研究已成为大跨径混凝土设计及施工中不可回避的问题。国内外对该类研究越来越关注[13-16]，尽管如此，收缩徐变理论依然处于发展之中，国内外对收缩徐变机理的认识及计算表达依然存在不同见解。在大跨度混凝土结构中，收缩徐变不利影响主要表现为在结构中产生收缩及徐变次内力，易引起混凝土开裂，影响结构安全；有利的影响表现为徐变拉伸后其应力松弛能
兰州交通大学硕士学位论文-13-的研究是综合性的考虑其中的主要因素；根据材料组成体现混凝土强度。而本文主要研究收缩徐变对施工阶段的影响，施工阶段混凝土变化更为复杂，各因素对收缩徐变的影响不尽相同，根据内外在因素分析，能较为直观的定义影响程度。图2.1混凝土收缩徐变主要影响因素2.2.1内在因素(1)水泥，骨料，水，粉煤灰水泥强度等级在42.5级以上的高标号水泥在水化过程中，释放出大量水化热。为确保混凝土强度等级达到C40，同时又避免混凝土收缩过大，必须使用42.5级低碱普通硅酸盐水泥，其特点：水化热较低、强度增长较为缓慢。在使用之前，应做好不同厂家水泥性能比选工作，水泥至少提前一周进常骨料粒径和品种选用时，粗骨料要求：粒径为5～31.5mm连续级配且含泥量小于1%的碎石。细骨料要求：细度模数为2.7的中砂，且含泥量小于1%，使用中砂能有效减少水及水泥用量。特别注意以下几点:①粗细骨料含泥量要偏小，一般控制在1%以下，这样骨料有利于减小混凝土收缩变形，提高下穿铁路框架桥涵大体积混凝土抗裂性能；②粗骨料要注意避免使用砂岩，砂岩失水收缩，遇水膨胀，不利于抗裂；③中砂宜选择河砂，不宜使用山砂，严禁使用海砂。施工用水采用可饮用的自来水或者合格的地下水，建议采用饮用水，同时必须从确保混凝土强度、耐久性、匀质性等方面合理确定用水量。粉煤灰选用低钙Ⅱ级粉煤灰。其特点：具有显著的减水作用，掺入30%的Ⅱ级粉
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于试验的徐变模型修正及桥梁线型分析方法[J]. 毛江鸿,陆飞,张奕,曾甲华,言建标. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(12)
[2]白鹤滩水电站泄洪洞进口大体积混凝土温控措施浅谈[J]. 卢旺安,谢小兵,刘喆. 四川水利. 2019(05)
[3]C50大体积混凝土温度仿真及裂缝控制技术研究[J]. 宋幸芳,马红梅,宋国林,于咏妍. 公路交通科技(应用技术版). 2019(06)
[4]桥梁大体积混凝土施工中的温控方案与技术[J]. 尤俊刚. 交通世界. 2019(14)
[5]预应力混凝土连续箱梁桥施工监控中应力监测误差分析及对策[J]. 孙增寿,徐华柱,郑文通. 公路交通科技(应用技术版). 2013(11)
[6]混凝土超早期收缩试验与模拟[J]. 高原,张君,韩宇栋. 硅酸盐学报. 2012(08)
[7]不同温湿度环境粉煤灰混凝土与基准混凝土收缩性能试验研究[J]. 刘志勇. 土木工程学报. 2009(05)
[8]考虑收缩、徐变及开裂影响的组合梁长期受力性能研究(Ⅰ)——试验及计算[J]. 樊健生,聂建国,王浩. 土木工程学报. 2009(03)
[9]基于龄期度法对早龄期混凝土结构温度应力的分析[J]. 吕坚,叶列平,王宗纲. 工程力学. 2006(S1)
[10]混凝土结构季节温差应力分析方法研究[J]. 韩重庆,孟少平,唐红元. 建筑结构. 2006(03)
博士论文
[1]钢—混凝土组合梁徐变和收缩效应的理论与试验研究[D]. 韩春秀.昆明理工大学 2016
[2]钢管混凝土拱桥收缩、徐变效应研究[D]. 赖秀英.福州大学 2016
[3]大跨度预应力混凝土箱梁桥收缩徐变及温度效应的数值试验研究[D]. 曾庆响.华南理工大学 2015
[4]干湿环境下混凝土收缩与收缩应力研究[D]. 高原.清华大学 2013
硕士论文
[1]公铁两用跨海大桥承台大体积混凝土温控技术研究[D]. 何洪伟.湖北工业大学 2019
[2]考虑温度收缩影响的地下超长预应力混凝土顶板裂缝控制研究[D]. 郭海浩.合肥工业大学 2018
[3]新材料在桥梁拼接中的应用研究[D]. 左永辉.东南大学 2017
[4]足尺混凝土柱徐变性能研究[D]. 肖磊.哈尔滨工业大学 2017
[5]考虑温湿度的早龄期混凝土徐变测试与模拟[D]. 郭为强.清华大学 2017
[6]再生砖砌体骨料混凝土收缩性能及机理研究[D]. 李显.北京建筑大学 2017
[7]早龄期混凝土内部湿度场数值模拟及早期蠕变性能研究[D]. 夏成俊.重庆大学 2016
[8]粉煤灰对高性能混凝土早期力学性能与拉伸徐变特性的影响[D]. 刘东京.浙江工业大学 2016
[9]预应力混凝土箱梁收缩徐变及长期变形研究[D]. 张胜.长沙理工大学 2016
[10]钢—混凝土组合连续梁桥收缩徐变效应分析[D]. 杨奇涛.西南交通大学 2014
本文编号：2907198
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