超高性能混凝土的试验分析及应用研究

发布时间：2017-03-28 19:01

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【摘要】：超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)是一种具有超高强度、高耐久性和高韧性的新型水泥基复合材料,利用UHPC优异的材料性能,将其运用到建筑结构、桥梁、道路等工程中,可以降低结构自重,提高结构的使用寿命和耐久性。本文主要研究了钢纤维体积掺量对UHPC工作性能和力学性能的影响,利用UHPC的超高性能,将其应用到连续梁桥上,对传统的梁桥构造形式进行优化设计,使桥梁结构趋于薄壁化、轻型化,从而解决传统混凝土梁桥结构自重大、跨中挠度大、梁体易开裂的问题。本文的研究工作主要从以下三个方面展开：(1)利用上海本地原材料进行UHPC配制,在基体混凝土配制成功的基础上,通过掺入不同体积掺量的钢纤维制备超高性能混凝土,通过UHPC扩展度试验、立方体抗压试验、劈裂试验、梁抗折实验,研究钢纤维体积掺量对超高性能混凝土工作性能和力学性能的影响。(2)以连续梁桥—长虹大桥为工程背景,运用MIDAS软件建立有限元模型,从梁桥的强度和刚度两方面考虑,结合各优化参数自身特点,选择适合的目标函数和边界条件对UHPC连续梁桥梁高、板厚、预应力筋进行优化。(3)对优化后的UHPC连续梁桥与原连续梁桥进行了整体受力分析、空间受力变形分析,并对静力特性、材料用量进行了比较,结果表明UHPC连续梁桥比普通混凝土连续梁桥具有更优越的力学性能,更节省材料。
【关键词】：超高性能混凝土 钢纤维 力学性能 连续梁桥 优化设计
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U444
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 UHPC的起源与发展10-15
• 1.3 UHPC的研究现状15-16
• 1.3.1 UHPC在国内的研究现状15-16
• 1.3.2 UHPC在国外的研究现状16
• 1.4 UHPC在工程上的应用16-21
• 1.4.1 UHPC在桥梁工程中的应用16-18
• 1.4.2 UHPC在海工结构上的应用18-19
• 1.4.3 UHPC在建筑以及薄壁构件中的应用19-20
• 1.4.4 UHPC在混凝土维修与加固中的应用20-21
• 1.5 研究中存在的问题21-22
• 1.6 本文主要研究内容及意义22-25
• 1.6.1 主要研究内容22-23
• 1.6.2 本课题的研究意义23-25
• 第2章 UHPC材料配制及特性25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 UHPC的制备原理25-27
• 2.3 UHPC原材料的选用27-31
• 2.3.1 胶凝材料27-28
• 2.3.2 骨料28-29
• 2.3.3 减水剂29-30
• 2.3.4 纤维30-31
• 2.4 配合比设计31-33
• 2.5 制备工艺与养护制度33-37
• 2.5.1 制备工艺33-35
• 2.5.2 养护机制35-37
• 2.6 UHPC的纤维增强增韧机理37-40
• 2.6.1 引言37
• 2.6.2 复合材料力学理论37-39
• 2.6.3 纤维间距理论39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第3章 实验材料和试验方法41-51
• 3.1 引言41
• 3.2 实验原材料及基本性能41-42
• 3.2.1 水泥41
• 3.2.2 硅灰41-42
• 3.2.3 石英砂42
• 3.2.4 高效减水剂42
• 3.2.5 钢纤维42
• 3.3 实验设备与仪器42-43
• 3.4 试验的设计、制作与方法43-46
• 3.4.1 试验的配合比设计43-44
• 3.4.2 试件制备、成型与养护44
• 3.4.3 试验测试方法44-46
• 3.5 钢纤维掺量对UHPC性能的影响46-50
• 3.5.1 钢纤维掺量对UHPC扩展度的影响46-47
• 3.5.2 钢纤维掺量对UHPC抗压强度的影响47-48
• 3.5.3 钢纤维掺量对UHPC劈裂抗拉强度的影响48-49
• 3.5.4 钢纤维掺量对UHPC抗折强度的影响49
• 3.5.5 破坏现象及机理分析49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 UHPC连续梁桥的优化设计51-61
• 4.1 长虹大桥数值模拟分析51-53
• 4.1.1 长虹大桥工程概述51
• 4.1.2 长虹大桥主要技术标准51-52
• 4.1.3 长虹大桥有限元模型的建立52-53
• 4.2 箱梁截面优化研究53-57
• 4.2.1 UHPC连续梁桥设计参数53
• 4.2.2 中墩支点与跨中截面梁高比优化53-55
• 4.2.3 梁高与中墩支点底板厚度优化55-56
• 4.2.4 其他板厚的选择56
• 4.2.5 优化后的截面56-57
• 4.3 预应力筋的的布置57-58
• 4.4 优化后的UHPC梁桥整体受力分析58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 UHPC连续梁桥的性能研究61-72
• 5.1 有限元计算模型61-64
• 5.1.1 材料主要参数汇总61
• 5.1.2 有限元模型的建立61-64
• 5.2 静力结果分析64-69
• 5.2.1 施工阶段结构验算64-67
• 5.2.2 使用阶段结构验算67-69
• 5.3 UHPC箱梁横向受力分析69-70
• 5.4 材料用量分析70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间所开展的的科研项目和发表的学术论文81

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本文编号：272818