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桥梁箱体湿热耦合作用下非结构性裂缝成因分析及处理方法
| 论文题名： | 桥梁箱体湿热耦合作用下非结构性裂缝成因分析及处理方法 |
| 关键词： | 混凝土箱梁;湿热耦合;非结构性裂缝;表面干缩;抗拉强度;桥梁箱体 |
| 摘要： | 混凝土箱梁优点突出，应用广泛，却常有梁体开裂现象出现。经调研发现由荷载引起的裂缝仅占少数，占裂缝总数80％以上是非结构性裂缝。箱梁非结构性开裂的众多诱因中，梁体湿热变形受到约束所引起的湿热应力是主要因素。由于目前还没有一款商用软件可以对混凝土内部的水分散失过程进行模拟，因此对于结构失水收缩量的计算还停留在用经验公式估算阶段，并且只能算出整体结构的收缩量，无法计算收缩应力在结构的具体分布。已有研究发现等温环境下混凝土内部湿度场满足Fick第二定律，但实际工程中的桥梁结构处于环境温度不断变化的情况，温度的高低对水分的散失有很大影响，在对混凝土内部湿度场进行模拟时必须考虑温度场的耦合效应。因此有必要对混凝土箱梁内部湿热耦合场进行研究，从结构温、湿度的不均匀变化出发，对混凝土箱梁的湿热应力进行计算，进而实现对箱型粱体非结构性开裂原因的量化分析，有很大的实用价值和科学意义。 本文以混凝土箱梁结构表面干缩裂纹形成原因作为主要研究对象，根据现有理论建立了一维混凝土内部线性、非线性湿度场数学模型，开展了混凝土结构内部温度分布对混凝土干燥过程影响分析。分析表明温度对混凝土湿度扩散系数的影响是剧烈的，当混凝土内部温度超过20℃以后，会使得混凝土湿扩散系数成倍增大，因此温度的升高会加剧混凝土内部水分向外传递。总结了混凝土内部水分散失机理，通过在湿度扩散系数上加入温度影响函数的方式建立了湿热耦合场数学模型。推导了显式、隐式两种差分格式对混凝土内部湿度场及湿热耦合场控制方程的计算过程。并基于有限差分理论，在MATLAB程序开发平台上编写了湿度场及耦合场计算程序，通过与经典实验及商用有限元软件计算结果的对比分析，验证了自编程序的计算能力。同时，于在建桥梁上，开展了混凝土箱梁结构内部湿度、温度数据的采集实验。测试在了环境温、湿度作用下，新浇混凝土不同凝期的湿、热变化。采用本文分析方法的计算结果与实测数据基本吻合，进一步证明经一维简化后的湿热耦合控制方程，能够描述如箱梁这种薄壁结构内温度分布对混凝土干燥过程的影响。借助已有理论，实现了混凝土温、湿度向应力的转化，通过编写的计算程序，分析了处于不断变化的环境温、湿度下，箱梁腹板混凝土表面干缩应力的发展过程。数据显示，考虑温度影响后，距表面深度1 cm范围内的混凝土湿应力，在浇筑后的前15天均处于超出相应凝期混凝土抗拉强度的状态，极容易在结构表面产生干缩开裂。 |
| 作者： | 陈品诣 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 黄海东;向中富 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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