混凝土矩形空心墩溫度作用及豎向開裂問題研究.pdf

1、我國現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于混凝土橋梁均勻溫度作用的規(guī)定較為粗略，與全國范圍內(nèi)差異甚大的氣候條件之間存在一定矛盾；目前國內(nèi)針對(duì)混凝土矩形空心墩非均勻溫度作用的系統(tǒng)性研究成果也相對(duì)較少，不便于設(shè)計(jì)分析人員參考使用；另外不少混凝土矩形空心墩出現(xiàn)了豎向開裂病害，目前系統(tǒng)性的成因分析和裂縫控制研究還較為缺乏。本文通過試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)混凝土矩形空心墩的溫度作用取值、溫度效應(yīng)計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)以及豎向開裂的機(jī)理和防治措施進(jìn)行了深入研究

2、，主要研究工作和結(jié)論如下：
　　基于溫度長期觀測(cè)資料，系統(tǒng)研究了混凝土空心墩平均溫度與外氣溫的關(guān)系，提出了兩種根據(jù)氣溫資料預(yù)測(cè)空心墩平均溫度變化范圍的方法，通過對(duì)試驗(yàn)橋墩在觀測(cè)期內(nèi)平均溫度變化范圍的預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在最高、最低日平均氣溫的基礎(chǔ)上增加2℃時(shí)得到的溫度變化范圍與預(yù)測(cè)范圍基本吻合；參照歐洲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建議取50年重現(xiàn)期的最高、最低日平均氣溫作為基本氣溫，在基本氣溫的基礎(chǔ)上增加2℃得到混凝土橋梁有效溫度的標(biāo)準(zhǔn)值，通過統(tǒng)計(jì)分析，

3、得到了全國194個(gè)氣象站混凝土橋梁有效溫度的推薦值，并與現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比分析，指出了其不足之處，并提出了有關(guān)混凝土橋梁均勻溫度作用的建議。
　　基于溫度長期觀測(cè)資料，系統(tǒng)研究了混凝土空心墩正溫差、負(fù)溫差作用與氣象條件的關(guān)系；通過對(duì)混凝土矩形空心墩日照溫度場和寒潮降溫溫度場的實(shí)測(cè)和有限元模擬，提出了混凝土矩形空心墩非均勻溫度作用的二維溫差分布模式和沿壁厚方向的冪函數(shù)溫差分布曲線；搜集了全國20個(gè)代表性地點(diǎn)的大氣透明系數(shù)

4、、氣溫日較差、日平均氣溫24小時(shí)最大降溫幅度、日平均風(fēng)速等資料，采用有限元模擬方法，得到了20個(gè)代表性測(cè)站的最大壁面正溫差和負(fù)溫差標(biāo)準(zhǔn)值，并通過擬合計(jì)算和綜合分析，給出了冪函數(shù)常量a和溫度變化影響深度b的建議值。
　　對(duì)混凝土橋梁溫度效應(yīng)計(jì)算的相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究：設(shè)計(jì)了一種混凝土試件加熱裝置，通過直接加熱，驗(yàn)證了混凝土變形與溫度變化的同步性；通過在能自由變形的混凝土試塊中埋入鋼弦式應(yīng)變計(jì)，實(shí)測(cè)太陽輻射作用下試塊內(nèi)部應(yīng)變分布

5、，驗(yàn)證了溫度自應(yīng)力計(jì)算時(shí)的平截面假定；提出了一種依靠埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)測(cè)試混凝土線膨脹系數(shù)的簡易方法，采用簡易方法研究了負(fù)溫條件對(duì)線膨脹系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)負(fù)溫下線膨脹系數(shù)出現(xiàn)劇增；利用加熱裝置配合液壓伺服動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)，實(shí)測(cè)了混凝土溫度應(yīng)力和短期內(nèi)的應(yīng)力松弛系數(shù)，并對(duì)溫度應(yīng)力的折減系數(shù)和組合問題提出了建議。
　　采用有限元分析和現(xiàn)場實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)分析了水泥水化熱效應(yīng)、混凝土不均勻收縮、壁面負(fù)溫差和豎向荷載對(duì)混凝土空心墩豎向開