关键词： 混凝土面板   弹性徐变理论   统计损伤理论   徐变   损伤  

摘要： 混凝土面板作为混凝土面板堆石坝的主要防渗结构,是由不同粒径的骨料、胶凝砂浆材料及水等多种物质构成的不均匀复合材料,力学性能非常复杂。在面板堆石坝服役期内,混凝土面板因多种荷载的长期作用会产生徐变变形,进而改变其力学特性,并威胁整个坝体的安全。相关研究表明,混凝土徐变变形与其承受的荷载水平密切相关,主要是因为混凝土的长期应力变形特性是由外部荷载、混凝土徐变及损伤共同作用的结果。因此,开展混凝土徐变与损伤耦合特性的相关研究,对于准确掌握混凝土面板运行期的应力变形特性具有十分重要的科学意义。本文的主要研究内容如下:(1)基于弹性徐变理论及统计损伤理论,建立了混凝土徐变损伤耦合模型,推导出了统计损伤参数的计算公式,编制了混凝土徐变损伤耦合模型UMAT材料子程序;进行了混凝土在不同持续荷载作用下的单轴受压徐变试验,监测了持续荷载作用30d内混凝土的徐变变形;并基于相同约束条件及材料特性,进行了混凝土考虑徐变损伤耦合作用与不考虑徐变损伤耦合作用的两组数值仿真计算,最后将试验结果与两组仿真结果进行了对比分析。结果表明:考虑徐变损伤耦合作用的计算结果更接近于试验结果,最大相对误差仅为6.83%,验证了本文混凝土徐变损伤耦合模型的合理性及子程序的适用性。(2)开展了混凝土在不同荷载水平持续作用下的徐变损伤计算,对比分析了考虑徐变损伤耦合作用与不考虑徐变损伤耦合作用的混凝土徐变损伤发展规律,结果表明:在较低持续荷载水平作用下,应变能积累缓慢,混凝土内部裂纹难以扩展,此时混凝土徐变与损伤耦合现象不明显,混凝土徐变变形行为趋于稳定。随着持续荷载水平的提高,徐变与损伤耦合现象愈发明显,徐变与损伤的相互促进作用,加速混凝土的变形,并最终导致混凝土破坏,且混凝土的破坏时间与作用的荷载水平成正相关。(3)基于编制的混凝土徐变损伤耦合模型子程序,研究了堆石坝运行期内混凝土面板的长期应力变形特性,对比分析了混凝土面板在蓄水期、运行期一年、运行期三年及运行期五年的挠度值、顺坡向应力及损伤值,研究结果表明:随着水荷载的持续作用,混凝土面板的挠度值、顺坡向拉压应力及损伤均会不断增大,但不同时期的分布规律基本保持一致;在蓄水初期各特征值增长速率整体较快,但伴随着时间的发展,各值增长速率逐渐放缓,最终趋于稳定;然而,混凝土徐变与损伤的发展是一个相互促进的耦合关系,因此,一旦混凝土面板的损伤累积到一定程度,也会导致混凝土面板最终发生破坏,从而威胁整个大坝的安全。本文的研究成果可为混凝土面板长期性能研究提供一种全新的思路,并对其耐久性及安全性评价提供理论支撑。

关键词： 微膨胀   抗冲磨混凝土   早期   徐变   试验  

摘要： 早期徐变特性是开裂敏感性评价中很重要的因素,为建立精度更高的微膨胀抗冲磨混凝土早期徐变模型,提高早期混凝土应力计算精度、裂缝预测和控制的能力,本文基于丹麦标准TI-B102(95)的徐变试验测试方法,针对混凝土早龄期徐变测试需要,将初始加载龄期从3d提前到20h左右、将龄期3d前的加卸载周期加密至1 d左右和每10 min自动采集变形数据3个方面,对丹麦技术研究所提出的早期徐变测试方法做进一步改进;通过间歇式加卸荷载的特殊加载方式,在大量试验数据的拟合和优化基础上,得到早期徐变模型的黏性和弹性系数,获得了拟合相关性系数大幅度提高(达到0.96)的早期黏弹性模型。该方法的引用和改进,可以弥补目前国内在早期徐变测试领域的空白。

关键词： 劲性骨架拱桥   收缩徐变   贝叶斯理论   不确定性   钢管混凝土  

摘要： 钢管混凝土劲性骨架拱桥施工程序复杂、施工周期长,导致混凝土收缩徐变效应十分显著,极大地影响桥梁的正常使用性能,严重时甚至威胁结构的安全。同时受收缩徐变不确定性的影响,结构的应力和位移表现出明显的离散性,使桥梁的设计施工工作变得更为困难,结构实际变形偏离其设计值的情况时有发生。为了缓解这种困难,首先改进贝叶斯方法,使其对似然函数分布与先验分布较远的情况同样适用。然后基于此方法,对北盘江大桥模型桥施工期间收缩徐变效应进行分析得到后验预测结果,并通过实测数据进行检验。计算结果表明:基于改进贝叶斯方法得到的后验预测结果与实测数据吻合良好,相较于先验预测结果,数据离散性得到明显改善。

关键词： 混凝土   早龄期拉伸徐变   微预应力-固结理论   高温环境   徐变模型  

摘要： 研究了早龄期混凝土高温拉伸徐变特性,建立起能够考虑混凝土内部水化热和外界环境温度影响,并且适用于早龄期混凝土拉伸徐变的数值计算方法。采用自行设计的门式徐变加载设备和环境箱控制系统,进行了室温(23℃)和高温(43℃)环境下的混凝土拉伸徐变试验,加载龄期分别为1 d、7 d和28 d。利用徐变试验结果确定模型的计算参数,进而模拟、验证温度因素对于混凝土拉伸徐变的影响。研究结果表明,早龄期混凝土的拉伸徐变对混凝土的加载龄期和温度变化非常敏感,基于微预应力-固结理论建立起考虑温度效应和早龄期特征的数值模型,可以较好地描述不同温度历史下的早龄期混凝土拉伸徐变特征。模型采用应力-应变增量关系进行数值计算,能够为通用有限元软件徐变分析的二次开发提供基础。

关键词： 桥梁扩建   扩建方式   收缩徐变   基础沉降   内力变形  

摘要： 随着我国公路交通运输的发展,早期修建的公路通行能力日趋饱和,部分公路已不能满足交通量的增长需求,以前已有很多的桥梁结构已经不能满足现有的通行要求或者超过了原有桥梁的承载能力;在公路改扩建工程中,基于现有的桥梁通行能力和承载能力,为使其满足公路桥梁今后的通行需求,提高公路桥梁的通行能力和服务水平,要么进行改建、要么进行重建或者对原桥进行加固,当然在能满足今后通行和承载能力的基础上是可以继续沿用的,但是当进行桥梁拼宽扩大其通行能力时,新旧桥梁之间的变形和受力协调性问题是桥梁扩建拼宽中的主要问题,在桥梁扩建拼宽中,老桥沉降、收缩、徐变等变形已经基本或大都完成,而新桥刚建会产生较大的沉降、收缩、徐变等变形,导致新老桥之间产生变形差异,从而导致新桥对老桥和老桥对新桥的变形和附加内力的影响,有必要对新桥在产生沉降、收缩、徐变时老桥、新桥中产生的附加内力和变形进行研究,从而为桥梁扩建设计施工提出理论措施建议。本论文以云南小磨二级公路改建为高速公路的龙茵1号大桥改扩建工程中的预应力混凝土T梁桥为依托,使用混凝土收缩徐变计算理论,采用有限元计算软件Midas Civil,深入探讨桥梁在进行扩建以后,由于新旧桥混凝土的收缩徐变以及基础沉降的差异对桥梁上部结构产生的附加影响。本论文开展了以下工作:(1)通过对国内外相关文献资料进行收集分析,总结桥梁扩建过程中常用的设计施工方法及适用条件。(2)研究分析混凝土收缩、徐变的计算方法,总结在不同外界因素作用条件下计算混凝土收缩、徐变的方法、适用条件及存在的问题。(3)结合混凝土收缩、徐变的计算方法,使用有限元软件Midas Civil中的空间梁格法对云南省小磨二级公路改建为高速公路龙茵1号桥梁的扩建工程进行数值模拟计算,工程扩建后,旧桥主梁混凝土收缩、徐变已经大部分完成,新桥混凝土的收缩徐变刚刚开始或还未完成,新旧桥混凝土在收缩徐变上的差异必将产生对桥梁上部结构的附加内力和变形位移的影响,分析因此而产生的附加内力和变形位移的变化规律。(4)由于新桥基础的沉降还未完成,而旧桥的基础沉降已经基本完成,新旧桥的沉降差异必将导致新旧桥主梁之间产生附加内力,分析因此而产生相应的附加内力对新旧桥上部结构的影响以及变化规律。(5)综合分析新旧桥梁由于混凝土的收缩、徐变以及基础沉降的差异产生的附加内力对新旧桥梁本身的内力和变形位移稳定性影响。(6)根据以上模拟计算分析结果和相关桥梁的设计理论、施工方法。总结和提出减小混凝土土收缩徐变差异和基础沉降差异对桥梁结构影响的工程措施,采取科学合理的工程措施。

关键词： 徐变和收缩   应力重分布   徐变次内力   实用计算   徐变应力零点  

摘要： 钢-混凝土组合梁具有显著的技术经济效益和广泛的应用前景。结构在使用期间,组合梁中的混凝土会产生徐变和收缩,钢梁对该变形的约束将导致静定组合梁内部发生截面应力重分布,对于超静定组合梁还会引起随时间变化的徐变（收缩）次内力,从而导致组合梁截面最终应力状态的改变,其值可达弹性变形的数倍之多,这对挠度要求严格的结构非常不利。然而,如何准确又方便地计算组合梁由徐变（收缩）引起的应力重分布以及由此产生的一系列结构效应,至今仍未得到较好地解决。本文通过解析计算、数值模拟和试验分析相结合的研究方法,对组合梁的徐变和收缩效应进行了系统而全面的分析,完成的内容和得到的结论包括：1.采用内力分配法推导了静定组合梁截面内部约束引起的应力重分布解析公式。分别采用迪辛格尔微分方程和特劳斯德-巴增代数方程建立混凝土徐变本构关系,获得了组合梁重分布内力的两种方程的精确解;通过忽略混凝土重分配弯矩对混凝土轴向应变的影响,获得了在一定适用条件下的近似解。算例结果表明：近似解的结果与精确解的结果吻合性较好,可以用近似解公式作为工程应用中的实用计算公式。2.采用内力分配法推导了超静定组合梁截面内外耦合约束引起的应力重分布解析公式。重点求解了3种基本常见类型的连续组合梁外部约束引起的徐变次内力：①分段施工中发生的结构体系转换;②组合梁结构受间接强制变形作用;③组合梁结构各组成部分混凝土徐变（收缩）的特性差异。算例结果表明：先简支后连续的组合梁支座负弯矩比整体现浇的连续梁小,混凝土徐变使中间支座负弯矩随时间增大,且徐变越大,越接近一次整浇梁的负弯矩;徐变对支座的沉降起有利作用;两跨组合梁的徐变特征相同或两跨组合梁的跨度相等,中间支座不会产生徐变次弯矩;两跨的跨度和徐变特征均不同,或两跨的荷载和徐变特征均不同,中间支座会导致徐变次弯矩;若考虑收缩影响,均产生收缩次弯矩。3.建立新方法一一直接法,推导了组合梁材料换算系数、徐变调整系数和收缩调整系数,获得了组合梁随时间变化的应力计算公式。该方法不用求微分方程和代数方程,直接按照材料力学中单一材料的力学公式来计算截面应力,并配以相应的系数,这些系数涵盖了混凝土和钢梁两种材料的特性关系以及徐变和收缩的时效关系。算例结果表明：采用直接法计算组合梁截面应力结果与内力分配法的结果吻合性很好。该方法简单实用,是一种计算组合梁徐变（收缩）效应行之有效而又方便的计算方法。计算中发现了“徐变应力零点”,通过计算该点徐变前后的应力大小来判断计算结果的准确性十分方便有效。4.通过求解徐变（收缩）本构方程系数,采用APDL流程编写,在ANSYS由实现了准确模拟混凝土的徐变（收缩）本构关系。采用解析方法和ANSYS对比分析了算例中混凝土和钢梁各自截面的内力、跨中挠度和截面应变的时随规律。提出钢梁的约束程度是影响组合梁徐变（收缩）的关键影响因素,并用系数j来判别。算例结果表明：采用ANSYS计算组合梁的内力和变形与解析计算结果吻合性非常好,充分验证了解析计算方法的正确性,也证实了该软件在分析组合梁的长期力学性能方面的适用性,同时发现钢梁对混凝土的约束程度越大,重分布越显著。5.根据组合梁中钢梁对混凝土约束程度的不同,设计了4根简支试验梁,对试验梁进行了为期300天的长期力学观测,获得了组合梁的混凝土上表面应变、钢梁下表面应变和跨中挠度值。通过采用解析计算和数值模拟的结果与试验分析对比,验证了解析方法的正确性,揭示了组合梁长期力学变化规律。结果表明：解析计算、数值模拟和试验数据在跨中挠度计算结果中具有非常高的吻合性,在混凝土应变方面有一定的偏差,偏差程度在可接受范围内。以上3种研究方法获得的应变或变形值均有较一致的发展速率,总体趋势吻合较好。组合梁的应变和变形均随时间增长而增大,到300天时,试验梁的应变或变形均比加载初期提高了3倍左右。组合梁的徐变和收缩长期力学效应应该引起足够的重视。

关键词： 组合梁   理论厚度   收缩   徐变  

摘要： 以《公预规》为依据,讨论了组合梁桥中桥面板不同理论厚度计算方法得到的收缩应变和徐变系数间的差别,提出了采用随时间变化理论厚度计算收缩徐变参数的方法。接着,以一座2×75 m连续组合梁桥为背景工程,建立有限元模型,针对不同桥面板混凝土理论厚度计算了结构收缩徐变引起的变形和应力。结论表明目前普遍应用的以施工铺装前截面计算桥面板混凝土理论厚度的方法得到的收缩徐变效应普遍偏大,但组合梁钢结构的部分计算结果偏于不安全。

ISBN: (纸本)9787030429889

关键词： 收缩   徐变   理论   方法  

摘要： 收缩徐变是混凝土固有的材料时变特性，它对混凝土结构受力和变形产生很大影响，特别是混凝土处于较高的应力状态时，其收缩徐变效应更加明显。本文简要介绍混凝土收缩徐变的机理和影响因素，然后介绍常用的计算理论方法和它们的计算精度。以便在分析桥梁等收缩徐变效应时，选取合理计算方法提供依据。

关键词： 混凝土桥   徐变效应   计算理论  

摘要： 本文结合工作实际,介绍了大跨径混凝土桥徐变效应计算常用的几种理论方法,并对几种理论进行了详细的阐述和比较,分析了几种理论的优缺点。