大吨位预应力混凝土箱梁施工关键技术研究

论文摘要

大吨位预应力混凝土现浇箱梁具有整体性能好、刚度大、在施工和使用过程中具有良好的稳定性和适用于大跨度桥梁和各种复杂桥型的特点,在现代桥梁建设中得到广泛应用。随着桥型的不断创新和跨度的不断加大,箱梁的吨位也不断增加,由于桥梁建设是涉及到结构设计、建筑材料、施工工艺和地域环境等多种因素的综合性学科,在施工过程中也自然随之而来了很多新技术和新问题。太白楼西路梁济运河大型钢混斜拉桥及引线工程就是近些年来出现的一种新型桥梁结构,施工难度大,可以参考的相关施工经验还很少,因此,本文针对钢混斜拉桥大吨位预应力混凝土箱梁施工中的若干关键技术开展了专项研究。通过查阅相关文献资料和对工程特点和施工难点的调研和分析,在资料搜集、试验研究和现场监测的基础上进行了以下几项施工关键技术研究和总结：（1）在就地取材的实际前提下,基于正交试验分析手段对C50高性能混凝土配合比进行了优化设计研究,并对钢混结合段混凝土配合比提出了相关施工建议。（2）根据标养和同养条件下C50试块抗压强度实验结果,采用数学工具,建立了符合工程实际的混凝土强度的增长曲线；提出了“双控法”进行混凝土强度预测的思路：即采用标养试件强度控制“材料混凝土强度”,建立了适用于该桥梁施工的基于L-M算法改进的BP神经网络模型；采用同养试件强度对“结构混凝土强度”进行预测,利用成熟度监测系统,对结构混凝土强度发展作出了预测,并提出了施加预应力时机和拆模的施工建议。（3）在系统地论述了孔道压浆各种性能指标和改进工艺的基础上,按照固定水胶比和改变水胶比的思路分别对NC-F1减水剂与NC-P1膨胀剂组合和JM-HF孔道专用压浆剂进行了试验研究,得出了合理压浆配合比和相关措施建议。（4）针对大吨位预应力混凝土现浇箱梁施工期温度裂缝问题,根据热传导理论,采用Midas/civil软件进行了三维实体仿真分析,总结了强度、温度场和应力场的发展规律,提出了相应的温控措施,并与实际监测结果进行了对比分析,结果表明,应用有限元分析手段指导温控防裂的方法是经济有效的。（5）鉴于主梁钢混结合段在施工期的重要性和目前还缺乏早龄期力学研究的现状,本文结合实际工程,采用Midas/civil对钢混段早龄期的力学行为进行了有限元仿真分析,总结了施工期结合段钢箱梁和填充混凝土的时变温度场和时效应力场的发展规律,预测了可能发生损伤的重点部位,提出了在设计阶段和施工过程中需要注意的关键环节,并给出了相应的措施和建议。本文提出的大吨位预应力混凝土箱梁各项施工关键技术,在实际工程中取得了较好的效果,为今后同类桥梁的施工提供了重要的参考,也为今后深入开展研究提供了理论和试验依据。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高性能混凝土配合比及强度预测研究
• 1.2.2 后张法预应力孔道压浆性能研究
• 1.2.3 钢混结合段和大吨位箱梁施工期温度效应研究
• 1.3 大吨位预应力箱梁工程施工中存在的问题
• 1.3.1 高性能混凝土配合比及强度预测
• 1.3.2 孔道压浆性能改进
• 1.3.3 钢混结合段和大吨位箱梁施工期温度效应研究
• 1.4 研究的主要内容及意义
• 第2章 高性能混凝土配合比正交试验设计
• 2.1 正交试验设计
• 2.1.1 正交设计的基本原理
• 2.1.2 试验原材料及试验方法
• 2.1.3 正交试验方案
• 2.1.4 正交试验结果及分析
• 2.2 正交试验综合分析结论
• 2.3 钢混段高性能混凝土配合比
• 2.4 高性能混凝土强度规律研究补充试验
• 2.4.1 研究目的及内容
• 2.4.2 补充试验设计
• 第3章 结构高性能混凝土抗压强度预测
• 3.1 试块抗压强度的区别
• 3.1.1 标准养护试件强度
• 3.1.2 同条件养护试件强度
• 3.2 高性能混凝土早期强度预测研究方法
• 3.2.1 混凝土早期强度预测方法的分类
• 3.2.2 强度预测研究的思路
• 3.3 试验数据及抗压强度预测分析
• 3.3.1 抗压强度变化规律及数值拟合分析
• 3.3.2 基于神经网络混凝土抗压强度预测
• 3.3.3 基于成熟度方法的结构混凝土抗压强度预测
• 第4章 压浆配合比试验研究
• 4.1 压浆材料性能及其对压浆质量的研究
• 4.1.1 水泥性能及其对压浆质量的影响
• 4.1.2 高效减水剂性能及其对压浆质量的影响
• 4.1.3 膨胀剂性能及其对压浆质量的影响
• 4.2 水泥浆的特性分析及改进工艺
• 4.2.1 新拌和水泥浆的流动性及改进工艺
• 4.2.2 新拌和水泥浆抗泌水性及改进工艺
• 4.2.3 水泥浆体的变形性能及改进工艺
• 4.3 压浆材料的选择
• 4.3.1 水泥的选择
• 4.3.2 外加剂和水泥的匹配及选择
• 4.4 配合比试验研究
• 4.4.1 试验方法简介
• 4.4.2 NC-F1减水剂、NC-P1膨胀剂掺量及水泥品种对浆体性能影响
• 4.4.3 JH-MF孔道专用外加剂掺量及水泥品种对浆体性能的影响
• 4.4.4 固定外加剂掺量改变水胶比
• 4.4.5 试验总结
• 第5章 混凝土水化热与温度应力理论
• 5.1 混凝土热学参数
• 5.1.1 水泥水化热作用
• 5.1.2 混凝土的绝热温升
• 5.1.3 混凝土导温系数
• 5.1.4 混凝土的热膨胀系数
• 5.1.5 混凝土表面对流系数
• 5.1.6 冷却水管对流系数
• 5.2 混凝土力学参数
• 5.2.1 抗拉强度
• 5.2.2 弹性模量
• 5.3 混凝土温度及温度应力分析
• 5.3.1 混凝土温度的变化过程
• 5.3.2 混凝土温度应力的发展过程
• 5.3.3 混凝土温度应力的类型
• 5.3.4 混凝土温度应力的特点
• 5.3.5 混凝土温度应力的分析方法
• 5.3.6 大体积混凝土温度应力分析的重要意义
• 5.4 混凝土温度场和应力场有限元仿真分析的基本原理
• 5.4.1 混凝土的一维仿真分析
• 5.4.2 混凝土温度场的有限元仿真分析
• 5.4.3 混凝土应力场的有限元仿真分析
• 第6章 引桥大吨位箱梁施工期温度场数值模拟
• 6.1 数值模拟分析软件的选择
• 6.2 Midas/Civil水化热分析考虑的事项
• 6.2.1 热传递分析
• 6.2.2 热应力分析
• 6.2.3 数值模拟的计算步骤
• 6.3 计算参数取值
• 6.3.1 弹性模量
• 6.3.2 混凝土的绝热温升
• 6.3.3 气温资料
• 6.3.4 混凝土的热力学参数
• 6.3.5 有限元主要计算参数的取值表
• 6.4 引桥大吨位120m箱梁墩顶截面施工期有限元分析
• 6.4.1 有限元分析思路
• 6.4.2 有限元分析模型与网格划分
• 6.5 有限元计算结果与分析
• 6.5.1 混凝土温度场时效分析
• 6.5.2 混凝土时变应力场分析
• 6.5.3 大吨位引桥箱梁水化热分析结论
• 6.6 引桥箱梁大体积混凝土现场温度监测
• 6.6.1 测温点布置原则
• 6.6.2 测点布置图
• 6.6.3 实测数据结果及与计算对比
• 第7章 主桥钢混结合段施工期温度场数值仿真分析
• 7.1 主桥钢混结合段施工期有限元分析
• 7.1.1 有限元分析思路
• 7.1.2 有限元分析模型与网格划分
• 7.1.3 主要计算参数取值
• 7.2 有限元计算结果与分析
• 7.2.1 钢混段填充混凝土温度场时程变化
• 7.2.2 混凝土箱梁时变应力场分析
• 7.2.3 钢箱梁温度变化
• 7.2.4 钢箱梁时变应力场分析
• 7.3 钢混结合段施工期有限元分析结论
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文和科研情况说明
• 学位论文评阅及答辩情况表