弯曲荷载作用下的混凝土箱梁碳化研究

发布时间：2020-05-11 11:43

【摘要】：混凝土结构是当前应用最普遍的结构形式之一,其耐久性的研究一直以来受到国内外研究人员的重视。混凝土的碳化是影响耐久性的一个重要因素,对碳化过程的展开研究,掌握其产生原因、发展规律,有利于我们从本质上解决混凝土的碳化问题,从而提高结构物的耐久性和安全性。本文通过开展混凝土箱梁的快速碳化试验,对箱梁的碳化规律进行了研究;定制了弯曲加载装置,研究了箱梁在弯曲荷载作用下的碳化规律,并通过有限元软件对箱梁进行数值模拟计算,验证了数值计算方法的有效性。本文的主要研究内容如下:(1)结合碳化的化学反应过程,利用扩散定律等相关理论,推导及建立了反映混凝土碳化的微分方程;从使用范围、适用条件等方面介绍和对比分析了各类碳化深度预测模型;利用模糊理论的分析方法,研究了自然环境下的混凝土结构物碳化规律,得出其计算模型。(2)进行了考虑碳化时间、CO2浓度等条件的快速碳化试验。箱梁模型外角部的反应速率最大,约为内角部的2倍。当CO2浓度增大为2倍时,随着反应时间的不同,碳化深度最大可增至1.22倍,而碳化反应时间增加为2倍时,随着浓度的变化,碳化深度最大增至1.34倍。说明在不考虑荷载作用的箱梁快速碳化实验中,碳化反应时间相对于CO2浓度对碳化深度的影响更大。(3)通过定制加载装置,确定加载等级,开展了弯曲荷载作用下的箱梁快速碳化试验研究,研究应力水平对混凝土碳化深度的影响。箱梁所受荷载水平较高时,压应力对碳化的抑制作用较为明显,即压应力越大,碳化速率越小;拉应力对碳化的促进作用随着拉应力的增加而增大,即拉应力越大,碳化速率增加越快;通过对荷载作用下的箱梁碳化深度数据进行分析,对其进行数值拟合,得出应力作用下的混凝土碳化深度计算模型。(4)论证了ANSYS热传导求解与混凝土碳化过程的相似性,利用数值模拟求解混凝土的碳化问题。数值模拟计算结果反映了拉、压应力对碳化的促进和抑制作用,所得出的影响曲线趋势基本与试验结果相同。在压应力作用时,数值模拟在所得结果在各个工况下均略大于试验值,通过计算二者的偏差最大为12%,在拉应力作用的情况下,数值模拟结果与试验结果较为吻合。对实际工程中的一座箱梁桥进行了数值计算,并对其碳化深度进行了预测。
【图文】：

模糊量,隶属函数,模糊方程,回归估计

图 2.3 三角型隶属函数（2）建立模糊方程假定一组实际测得的（xi, yi）,*iy 为 x=xi回归估计值，、 a b 为 a 、b的中心值，记为 , , , , , M R M R i i Mi i Ria a a b b b y y y由模糊数运算规则得 *, ( 0), ( 0) i M M i i M M i iii M R i i R M i ia b x x a b x x xya b x x a b x x x(2.50)上式中各个符号的意义如图 2.4。UU2U0U1R

立方体试块,抗压强度

图 3.2 标准立方体试块图 3.3 混凝土箱梁模型3.3.4 混凝土试块抗压强度测试对于立方体抗压强度等力学性能的测试遵循《普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081）的相关规定。即以三个试件测定值的算术平均值作为该组试件的强度（精确至 0.1MPa）。将养护至指定龄期的试块从模具中取出，，以标准试验方法测得的抗压强度值。。用压力试验机如图 3.4 所示，抗压强度测试结果见表 3.3。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

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