预应力混凝土连续刚构桥墩顶箱梁非荷载裂缝分析与控制

论文摘要

桥梁是交通运输的重要组成部分,是人类社会进步的重要物质基础。随着预应力混凝土连续刚构桥的兴起,箱梁裂缝的出现越来越受到人们的关注,尤其是由非荷载因素引起的结构裂缝,因其成因复杂,对桥梁结构耐久性的危害严重,引起了研究人员的高度重视。混凝土材料的导热性能很差,在各种因素引起的温度变化的作用下,预应力混凝土桥梁结构内部会产生相当大的变形及应力。而随着连续刚构桥的跨径逐渐增大,其箱梁结构对混凝土高强度的要求使得所使用混凝土的标号越来越高,体积、用量也越来越大,主墩墩顶箱梁(又称0#块)尤其如此。0#块箱梁是连续刚构桥主墩的承重结构,不仅体积巨大,构造及受力情况也相当复杂,在各种非荷载因素的影响下,常常会发生开裂现象。0#块箱梁大体积混凝土在硬化过程中释放的水化热会使结构温度场分布不均,在箱梁不同部位产生较大的温度差,而分层浇筑时下层混凝土对上层混凝土会产生约束作用,由此引起的温度、收缩应力是导致混凝土出现裂缝的主要原因。这些非荷载裂缝严重影响桥梁的整体性和耐久性,必须加以控制。本文在参阅了大量专业书籍和学术论文的基础上,对预应力混凝土连续刚构桥箱梁的特点、箱梁裂缝的分类及产生机理、导致箱梁开裂的敏感性因素等进行了理论分析。并以广西梧州某主跨为145m的连续刚构桥为工程背景,对主墩0#块采用分层浇筑法的施工过程进行了温度及混凝土应力的跟踪采集,结合理论知识对箱梁实测水化热温度场及应力的分布情况和随时间的变化规律进行了研究分析。并结合热力学的有限元分析理论,应用MIDAS Civil建立该0#及1号梁段分层浇筑施工的有限元实体模型,模拟分析水化热温度场及由此引起的应力分布情况,对箱梁开裂的各敏感性因素在有限元分析中的作用效应进行了研究。结合实测数据对比分析,找到0#块箱梁非荷载裂缝的成因并加以控制,为同类桥梁的裂缝防治提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 预应力混凝土连续刚构桥概况
• 1.2 预应力混凝土连续刚构桥的发展历程
• 1.3 连续刚构桥墩顶箱梁的开裂问题及研究现状
• 1.3.1 连续刚构桥墩顶箱梁开裂问题
• 1.3.2 连续刚构桥箱梁开裂问题的研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 连续刚构桥箱梁非荷载裂缝的机理分析
• 2.1 预应力混凝土连续刚构桥箱梁的特点
• 2.1.1 预应力混凝土结构的特点
• 2.1.2 箱梁桥大体积混凝土的特点
• 2.2 箱梁几类主要非荷载裂缝及机理
• 2.2.1 温度裂缝
• 2.2.2 混凝土收缩裂缝
• 2.2.3 原材料质量不良引起的裂缝
• 2.2.4 其它非荷载裂缝
• 2.3 本章小结
• 第3章 箱梁非荷载裂缝敏感性因素分析
• 3.1 水泥混凝土强度因素
• 3.1.1 混凝土抗压强度标准值及强度等级
• 3.1.2 轴心抗压强度及轴心抗拉强度
• 3.1.3 混凝土强度随龄期的变化
• 3.1.4 影响混凝土强度的因素
• 3.2 混凝土的弹性模量
• 3.2.1 混凝土弹性模量的计算公式
• 3.2.2 影响弹性模量的因素
• 3.3 混凝土收缩、徐变变形
• 3.3.1 混凝土收缩徐变机理
• 3.3.2 混凝土收缩徐变的计算模式
• 3.3.3 混凝土收缩徐变的影响因素
• 3.3.4 降低混凝土收缩徐变的措施
• 3.4 水泥水化热
• 3.4.1 水泥水化热的机理
• 3.4.2 水泥水化热的计算
• 3.4.3 水泥水化热的影响因素
• 3.5 温度梯度模式
• 3.6 0#块箱梁分层浇筑的基岩效应
• 3.7 本章小结
• 第4章 浔江大桥0#块测试试验研究
• 4.1 工程概况
• 4.2 0#块箱梁测试试验方案
• 4.3 0#块箱梁温度及应力实测数据及分析
• 4.4 与罗天乐大桥0#块裂缝成因分析试验的对比
• 4.5 本章小结
• 第5章 0#块箱梁水化热温度场有限元分析
• 5.1 MIDAS CIVIL水化热分析模块概述
• 5.2 建立0#块实体模型及相关参数
• 5.3 0#块箱梁水化热温度场计算结果及分析
• 5.4 0#块箱梁裂缝敏感性因素在MIDAS中的作用效应
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文