高性能混凝土连续梁桥力学性能研究

发布时间：2017-06-15 10:05

  本文关键词：高性能混凝土连续梁桥力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着土木工程行业的发展,建筑结构对于钢筋混凝土混合材料的要求越来越高,尤其是桥梁工程,由于服役环境的恶劣性和向着大跨度方向发展的需要,往往要求混凝土具有高强度、高耐久的特性。以高耐久和较高强度而著称的高性能混凝土(High Performance Concrete, HPC)逐渐受到桥梁设计、施工者的青睐。本文以预应力连续梁桥为例,应用Midas公司开发的Civil和FEA两款有限元软件,依托天津某高速铁路的三跨连续梁桥(48+80+48)m,计算分析基于高性能混凝土连续梁桥性能。以期为高性能混凝土在预应力连续梁桥中的应用提供借鉴。本文主要研究内容如下：(1) 查阅文献并总结高性能混凝土配合比设计和施工养护要求,重点研究C80、C100高性能混凝土的力学性能。(2) 依据所依托工程,采用Midas Civil建立连续梁桥梁单元有限元模型,计算对比分析采用C50普通混凝土、C80HPC 、C100HPC,桥梁收缩徐变、下挠、梁单元应力、钢筋预应力损失等静力性能的差异。结果表明,高性能混凝土连续梁桥的应力与变形性能均优于普通混凝土连续梁桥。(3) 采用C80HPC、C100HPC对原连续梁桥进行重新设计,计算对比分析材料用量、预拱度的差异,验算重新设计前后桥梁的动力性能。高性能混凝土连续梁桥的动力性能强于普通混凝土连续梁桥的动力性能。(4) 运用Midas FEA建立零号块实体单元局部应力分析的有限元模型,对重新设计前后零号块施工中水化热温度效应对比分析。计算分析重新设计前后零号块在悬臂施工过程中各关键施工阶段最大应力和最大悬臂状态时的挠度,结果表明采用HPC重新设计后,施工阶段零号块受力更趋合理；最大悬臂状态挠度减小,利于施工过程中的线形控制。(5) 研究了导致钢筋混凝土桥梁结构耐久性不足的常见病害及其诱发因素。从抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀和抗碳化性能等方面分析了高性能混凝土的耐久性,提出进一步增强高性能混凝土桥梁工程耐久性的措施。本文通过建立有限元模型计算对比分析,C50普通混凝土、C80HPC、C100HPC应用于连续梁桥性能的差异。研究结果表明采用高性能混凝土使得桥梁体积稳定；静动力性能有所改善,能够更好满足规范要求：施工阶段受力更趋合理,耐久性良好。可以为同类型高性能混凝土连续梁桥的设计、施工提供参考。
【关键词】：预应力连续梁桥 高性能混凝土 静力性能 动力特性 施工阶段分析 耐久性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 概述12
• 1.2 高性能混凝土的发展12-17
• 1.2.1 混凝土的历史演变12-14
• 1.2.2 高性能混凝土研究现状14-15
• 1.2.3 高性能混凝土的概念15-16
• 1.2.4 本文高性能混凝土的界定16-17
• 1.3 高性能混凝土在预应力连续梁桥中的应用17-20
• 1.3.1 预应力连续梁桥的发展历程17-19
• 1.3.2 高性能混凝土在预应力连续梁桥中应用现状19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 1.5 小结21-22
• 2 高性能混凝土的制备及其力学性能22-36
• 2.1 高性能混凝土配合比设计22-25
• 2.2 高性能混凝土施工养护25-26
• 2.3 高性能混凝土力学性能26-34
• 2.4 小结34-36
• 3 预应力高性能混凝土连续梁桥静力性能研究36-58
• 3.1 依托工程概况36-41
• 3.1.1 主要设计参数36-40
• 3.1.2 施工阶段主要技术参数40-41
• 3.2 有限元基本理论41-45
• 3.2.1 有限元的提出41-42
• 3.2.2 梁单元有限元理论42-44
• 3.2.3 边界条件的处理44
• 3.2.4 有限元的收敛性44-45
• 3.3 有限元模型的建立45
• 3.4 高性能混凝土对铁路连续梁桥性能影响45-56
• 3.4.1 高性能混凝土对收缩徐变的影响45-47
• 3.4.2 高性能混凝土对梁体承载下挠的影响47-49
• 3.4.3 高性能混凝土对梁单元应力的影响49-53
• 3.4.4 高性能混凝土对预应力损失的影响53-56
• 3.5 小结56-58
• 4 预应力高性能混凝土预应力连续梁桥设计研究58-82
• 4.1 铁路预应力连续梁桥设计方法58-60
• 4.2 预应力连续梁桥设计方案改进60-64
• 4.2.1 梁高参数分析60-61
• 4.2.2 预应力筋用量分析61-63
• 4.2.3 梁高的拟定和预应力筋用量的确定63-64
• 4.3 自重对比分析64-65
• 4.4 预拱度对比分析65-67
• 4.5 自振特性对比分析67-73
• 4.5.1 Lanczos法简介67-68
• 4.5.2 桥梁结构自振频率对比分析68-69
• 4.5.3 桥梁结构振型对比分析69-71
• 4.5.4 桥梁结构振型参与质量系数对比分析71-73
• 4.6 地震反应谱响应对比分析73-80
• 4.6.1 反应谱分析方法原理73-76
• 4.6.2 纵桥向地震作用下桥梁响应76-78
• 4.6.3 横桥向地震作用下桥梁响应78-80
• 4.7 小结80-82
• 5 施工阶段力学性能研究82-96
• 5.1 零号块水化热温度效应分析82-92
• 5.1.1 零号块水化热有限元模型的建立82-86
• 5.1.2 水化热温度场分析86-90
• 5.1.3 水化热温度应力分析90-91
• 5.1.4 降低零号块温度效应措施91-92
• 5.2 施工过程零号块应力分析92-94
• 5.3 最大悬臂状态挠度分析94-95
• 5.4 小结95-96
• 6 高性能混凝土桥梁耐久性分析96-120
• 6.1 混凝土桥梁耐久性问题提出96-97
• 6.2 钢筋混凝土桥梁常见病害及成因分析97-103
• 6.2.1 混凝土病害及其诱因97-99
• 6.2.2 钢筋锈蚀及其诱因99-103
• 6.3 高性能混凝土耐久性103-115
• 6.3.1 抗冻性103-105
• 6.3.2 抗渗性105-108
• 6.3.3 抗硫酸盐侵蚀108-111
• 6.3.4 抗碳化性能111-115
• 6.4 增强高性能混凝土桥梁耐久性措施115-119
• 6.4.1 设计阶段增强耐久性的措施115-116
• 6.4.2 施工阶段增强耐久性的措施116-117
• 6.4.3 运营阶段增强耐久性的措施117-118
• 6.4.4 其他增强耐久性的措施118-119
• 6.5 小结119-120
• 7 结论与展望120-122
• 7.1 结论120-121
• 7.2 展望121-122
• 参考文献122-126
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果126-130
• 学位论文数据集130

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