冻土环境灌注桩温度场变化及砼强度增长规律

发布时间：2017-06-29 06:07

  本文关键词：冻土环境灌注桩温度场变化及砼强度增长规律，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于冻土含有固体冰相,只要环境温度产生变化,液态水和固态冰之间相互转变,形成冻土复杂的物理力学特性。由于桩基础产生的热扰动小,符合保护冻土的原则,且桩基础具有抗冻能力强、承载能力高和施工简便等优点,适合作为多年冻土地区永久性建筑物基础。随着青藏铁路、青藏公路的建设,我国开始对冻土进行深入系统的研究。研究者在冻土方面开展了大量的研究,其大多聚焦在结构物如何修建在冻土区,围绕结构物对冻土的影响,以各自的理论出发,或根据研究工程对象的不同而各抒己见,所取得的成果不可低估。但缺少冻土对结构物性能的影响研究,使许多研究成果带有局限性。直到目前为止,多年冻土层中灌注桩混凝土温度场变化规律及早期强度增长规律有待于深入研究,特别是在定量方面的研究更是如此。由于灌注桩的水化热及入模温度对周围冻土产生扰动,会降低桩的承载力;冻土中的负温同样会影响混凝土的水化进程;灌注桩混凝土埋设在冻土中,属于隐蔽性结构,自身微结构的缺陷会给结构留下永久难以去除的病害,而且会危及到安全运营。本文首先通过直接法进行了持续低负温水泥水化试验,得到了不同持续低负温环境下水泥水化放热数据,总结出不同持续低负温环境下水化放热的变化规律,提出了受持续低负温环境影响的水泥水化放热计算模型。通过冻土灌注桩室内试验,分析不同桩径情况下,冻土温度场和混凝土温度场的变化规律。同时利用ANSYS有限元软件,用数值模拟的方法,建立温度场计算模型,考虑混凝土入模温度和水化热的影响,对灌注桩和桩周冻土进行热学分析,模拟不同桩径、不同入模温度下的温度场,得到桩径与冻土最大温升和混凝土回冻时间的关系曲线和回归公式以及入模温度与冻土最大温升和混凝土回冻时间的关系曲线和回归公式。最后,通过持续低负温环境下混凝土早期强度试验,得出混凝土的抗压强度随龄期增长的变化规律。利用MATLAB数值软件计算出混凝土的水化放热随龄期的变化规律与混凝土的抗压强度随龄期的变化规律有较高的线性相关性,两者较高的线性相关性反映了持续低负温环境下混凝土水化程度与强度随龄期变化的一致性。
【关键词】：冻土灌注桩 水泥水化 温度场 数值模拟 早期强度
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.551
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-12
• 1.2.1 冻土地区钻孔灌注桩温度场研究现状10
• 1.2.2 受不同因素影响的混凝土水化放热以及水化计算模型研究现状10-11
• 1.2.3 持续低温环境下混凝土强度研究现状11-12
• 1.3 研究的目的和意义12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 2 持续低负温水化试验及数学模型14-23
• 2.1 持续低负温环境水泥水化试验14-17
• 2.2 试验步骤及测试17-19
• 2.2.1 测定总热容量C_P17-18
• 2.2.2 散热常数的测定18-19
• 2.2.3 水化热量Q_x的计算19
• 2.3 持续低温环境水泥水化试验结果19-20
• 2.4 持续低温环境水泥水化数学模型20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 温度场室内试验介绍及结果分析23-39
• 3.1 冻土基本理论23-26
• 3.2 灌注桩混凝土温度场试验介绍26-29
• 3.3 灌注桩桩径对冻土温度场的影响29-33
• 3.4 灌注桩桩径对混凝土温度场的影响33-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 温度场试验数值模拟结果与分析39-64
• 4.1 利用有限元软件ANSYS建立模型39-40
• 4.1.1 冻土环境中灌注桩混凝土温度场模型计算假设39
• 4.1.2 冻土层相关参数的确定39
• 4.1.3 建立有限元模型39-40
• 4.2 模型试验结果与有限元计算结果对比40-44
• 4.3 灌注桩桩径及入模温度对冻土温度场的影响分析44-53
• 4.3.1 灌注桩桩径对冻土温度场的影响分析44-50
• 4.3.2 灌注桩入模温度对冻土温度场的影响分析50-53
• 4.4 灌注桩桩径及入模温度对混凝土温度场的影响分析53-62
• 4.4.1 灌注桩桩径对混凝土温度场的影响分析53-59
• 4.4.2 灌注桩入模温度对混凝土温度场的影响分析59-62
• 4.5 本章小结62-64
• 5 持续低负温环境下的混凝土强度试验64-67
• 5.1 试验概述64
• 5.2 强度试验结果与分析64-65
• 5.3 持续低负温环境下的水泥水化与其强度数据的线性相关性65
• 5.4 本章小结65-67
• 结论67-68
• 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读学位期间的研究成果73

【参考文献】

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本文编号：496808