上承式钢管混凝土拱桥大体积混凝土性能研究

论文摘要

钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube, CFST)能够充分发挥混凝土和钢管各自的特长,这种结构应用于以受压为主的拱桥是十分合理的,钢管混凝土拱桥因而也成为大跨度桥梁中颇具竞争力的桥型。钢管内混凝土及其拱座多属于大体积混凝土的范畴,而且所浇筑的混凝土多为C40以上,胶凝材料用量较大,必然会导致混凝土在硬化过程中释放出大量的热量,使钢管及混凝土的温度大幅升高,进而影响混凝土的硬化速度和混凝土的后期性能,以及钢管与混凝土的共同工作能力,使混凝土的后期强度及静力弹性模量受到影响,且由于混凝土内外温差使混凝土内部产生微裂缝。以往在研究大型结构或大体积混凝土性能时,仍采用将拌和物浇筑成小试件的方法来监测,无论是标准养护还是同条件养护,实际上都无法反映混凝土硬化期间由于本体温升引起的强度增长率的变化。另外,由于混凝土结构受到约束,混凝土各部位的变形不一致,试验室中的数据只能参考,并不能对钢管混凝土受力状态及实际情况给出正确的评价。本文通过监测某钢管混凝土拱桥拱座及钢管内外及拱肋钢管内混凝土内部温度和应变变化规律,采用温度匹配养护方式研究拱座及拱肋钢管内混凝土的性能。通过测定混凝土的真实弹性模量、劈裂抗拉强度和抗压强度,结合应变测定,给出大桥拱座及拱肋钢管内混凝土收缩、开裂应力等关键技术参数;分析了标准养护和匹配养护下混凝土力学性能差异;综合施工现场测试数据和试验室结果,为拱座及拱肋钢管内混凝土的配制提出建议及理论支持。本文利用即有徐变效应分析理论,通过有限元分析获得钢管混凝土拱桥的徐变效应计算值。比较计算值与监测数据,将其差别作为定量研究的指标,分析该误差指标与有限元徐变效应计算参数(环境湿度等)的关系,最终为徐变计算参数的合理取值提出参考意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥的发展概况
• 1.1.1 钢管混凝土结构的概念及原理
• 1.1.2 钢管混凝土结构的发展历史
• 1.1.3 我国的钢管混凝土结构的研究与应用
• 1.1.4 钢管混凝土拱桥的分类
• 1.1.5 钢管混凝土拱桥的发展前景
• 1.2 大体积混凝土性能研究现状
• 1.3 钢管混凝土徐变效应研究现状
• 1.4 问题的提出及研究的目的和意义
• 1.5 论文主要研究内容
• 1.5.1 大体积混凝土性能研究内容
• 1.5.2 钢管混凝土徐变研究内容
• 1.6 论文主要研究方法
• 1.6.1 大体积混凝土性能研究方法
• 1.6.2 钢管混凝土徐变效应研究方法
• 第二章 大体积混凝土力学性能变化规律
• 2.1 抗压强度
• 2.2 轴心抗压强度
• 2.3 劈裂抗拉强度
• 2.4 静力受压弹性模量
• 第三章 大体积混凝土实验室固化过程监测
• 3.1 试件的制备、传感器的布设及试验方案
• 3.2 监测结果及分析
• 第四章 拱座混凝土温度实测及芯部力学性能发展规律
• 4.1 原材料和配合比
• 4.1.1 原材料
• 4.1.2 混凝土配合比
• 4.2 大体积混凝土温度实测
• 4.2.1 现场温度实测
• 4.2.2 测温制度
• 4.2.3 现场混凝土的温度测试点布置图
• 4.3 热传导的三种边界条件
• 4.4 数值模拟
• 4.5 养护
• 4.6 实测拱座中心温度曲线
• 4.7 混凝土匹配养护制度
• 4.8 实验结果及分析
• 4.8.1 抗压强度
• 4.8.2 静弹性模量
• 4.8.3 结果
• 第五章 钢管混凝土徐变效应研究
• 5.1 有限元分析
• 5.1.1 材料本构关系
• 5.1.2 有限元模型
• 5.1.3 荷载工况
• 5.1.4 计算结果及初步讨论
• 5.2 试验测试
• 5.2.1 测点选择
• 5.2.2 施工工况划分
• 5.2.3 拱肋控制截面测点应力实测值
• 5.3 数据处理与分析
• 5.3.1 数据预处理
• 5.3.2 实测弹性计算比的概念
• 5.3.3 实测弹性计算比分析
• 5.3.4 数据分析结果
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢