大体积混凝土设备基础受力性能试验研究

论文摘要

设备基础被广泛运用于冶金工业工程领域,该类基础常为大体积混凝土基础,浇筑时由于释放较高水化热而产生较大温度应力,设备运行时的高温对基础的影响也不容忽视,此外基础还要承担较大的外部荷载,工况较为复杂。但目前还没有相应的设备基础设计规范,设计中往往按普通基础考虑,配筋参照现行的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）进行,底部受力筋根据外荷载和最小配筋率确定,其余部位则按构造配筋,这难免与大体积混凝土设备基础的特点有所不符。基于此,本文针对设备基础的受力特点进行了前期的试验研究工作。本文完成了3个高炉基础试件和2个热风炉基础试件的试验。设计上,每个试件充分利用其对称性,布置了同配筋率但不同直径或级别的钢筋;试验中,考虑了温度和不同的地基条件等对试件性能的影响。通过对比分析钢筋和混凝土的应变曲线、裂缝的开展规律以及试件的破坏情况,初步掌握了温度对试件的影响,以及不同情况下基础的受力性能。得出的主要结论有:①通过对试件水化热的监测,初步探索了水化热在试件内部的分布规律;②由试验可知,外部温度对试件的影响仅限于与热源接触的部位,对整体的力学性能影响不大;③高炉基础试件的顶部圆台以及热风炉基础的外温作用位置处,构造筋的配置除了考虑水化热、干缩等对试件开裂的影响,还因考虑外部温度的影响,加强配筋;④通过试验现象和数据,分析了试件的传力机理,高炉基础与热风炉基础的传力机构可近似等效为梁与空间桁架模型组成的传力机构;⑤支座位置处的试件上部容易存在较大的负弯矩,且在试件的变截面处往往是试件的薄弱环节,像高炉基础的顶部圆台与承台交接部位;鉴于上述几点,本文针对设备基础提出以下设计建议:根据水化热的分布规律,在基础内部布置钢筋网片是有必要的;可以适当降低目前设计中最小配筋率的取值,配筋不宜采用试件底面均匀布筋的方式,应根据拉压杆的理论进行优化布置,建议将桩径范围内的钢筋加强;顶部构造筋应在负弯矩较大和变截面的部位加强配筋。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.2 大体积混凝土的定义
• 1.3 混凝土裂缝的基本概念及其分类
• 1.3.1 混凝土裂缝的定义
• 1.3.2 裂缝控制
• 1.4 基础承台的传力模型
• 1.4.1 传统桩基承台计算模型
• 1.4.2 桁架式传力模型
• 1.4.3 空腹式传力模型
• 1.5 设备基础研究概况
• 1.6 本文研究的目的及主要内容
• 2 实验介绍
• 2.1 实验目的
• 2.2 构件设计
• 2.2.1 构件尺寸
• 2.2.2 构件配筋
• 2.3 试验加载方案及试验流程
• 2.3.1 加载装置
• 2.3.2 试验流程
• 2.4 量测内容和量测方法
• 2.4.1 量测内容
• 2.4.2 量测方法
• 2.4.3 测点布置
• 3 试验现象及量测结果
• 3.1 试件A-1 试验过程及量测结果
• 3.1.1 均匀地基试验
• 3.1.2 桩基础试验
• 3.1.3 破坏阶段试验
• 3.2 试件A-2 试验过程及量测结果
• 3.2.1 均匀地基试验
• 3.2.2 桩基础试验
• 3.2.3 破坏阶段试验
• 3.3 试件A-3 试验过程及量测结果
• 3.3.1 均匀地基试验
• 3.3.2 桩基础试验
• 3.3.3 破坏阶段试验
• 3.4 试件 B-1 试验过程及量测结果
• 3.4.1 均匀地基试验
• 3.4.2 桩基础试验
• 3.4.3 破坏阶段试验
• 3.5 试件 B-2 试验过程及量测结果
• 3.5.1 均匀地基试验
• 3.5.2 桩基础试验
• 3.5.3 破坏阶段试验
• 4 实验结果分析
• 4.1 水化热在试件内部的分布
• 4.2 温度对试件的影响
• 4.2.1 温度在试件内部的分布
• 4.2.2 温度对试件性能的影响
• 4.3 均匀基础下试件力学性能分析
• 4.4 桩基下试件力学性能分析
• 4.5 破坏时试件力学性能分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 对后续研究工作的建议及注意事项
• 致谢
• 参考文献
• 附录