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原文传递混凝土结构的时效变形及受剪性能试验与理论研究

论文题名：	混凝土结构的时效变形及受剪性能试验与理论研究
关键词：	大跨径箱梁桥;混凝土结构;收缩徐变;时变效应;剪切变形;抗剪强度;梁桥病害
摘要：	本文主要结合“十一五”交通部科技攻关重大专项(200631800001)“苏通大桥268米大跨径连续刚构桥工程关键技术研究”、江苏省交通科学研究计划项目(05Y02)“苏通大桥辅桥连续刚构收缩徐变及其影响研究”的研究工作,针对大跨径箱梁桥普遍存在的腹板斜裂缝和跨中下挠病害,从混凝土结构的时效变形和受剪性能两方面着手研究。　　 (1)收缩徐变模型研究。鉴于目前常用的收缩徐变模型大都基于以往的普通混凝土试验统计回归得到,它们对高强高性能混凝土的适用性值得研究。本文提出两种确定收缩徐变模型的方法:①针对特定的混凝土,开展混凝土收缩徐变三层次试验,得到并验证提出的修正模型;②对于没有开展短期试验的混凝士结构,建立合理强度范围的收缩徐变试验数据库,对常用模型进行评估修正,可以提高计算结构时变效应的精度。　　 (2)本文提出了混凝土收缩徐变三层次试验方法(结合材料层次试验得到的修正收缩徐变模型,再通过构件层次和结构层次的试验来校验修正模型)。将实测值与常用几种预测模型进行比较后发现,修正模型能够较好地描述苏通大桥连续刚构所用高强高性能混凝土的收缩徐变特性。基于三层次试验得到的修正收缩徐变模型,对苏通大桥连续刚构的时变效应进行了分析,并将计算结果同施工阶段的实测值进行了比较,吻合较好。　　 (3)针对配筋混凝土收缩徐变试验,推导了配筋对收缩徐变的约束影响系数,并和试验数据进行了比较,理论与试验结果吻合较好,进一步验证了材料层次提出的修正收缩徐变模型。　　 (4)本文广泛收集国内外收缩徐变试验数据,建立了数据库。基于收缩徐变数据库,采用残差法、B3变异系数法及CEB变异系数法,对现行桥规采用的CEB-FIP90模型进行评估,并提出了修正收缩徐变模型。　　 (5)考虑收缩徐变模型的不确定性系数、管道每米局部偏差κ和预应力筋与塑料波纹管道的摩擦系数μ(调研统计)等9个因素的随机性,对苏通大桥连续刚构时变效应的不确定性和敏感性展开了分析,得到了该桥跨中具有95％置信率的长期变形区间。由敏感性分析的结果可知,在所考虑的9个因素中,对跨中长期变形影响较大的是收缩徐变不确定性系数,环境的相对湿度及摩阻损失的κ值。　　 (6)鉴于目前大跨径箱梁桥的跨中下挠和腹板斜裂缝病害常常是“并发症”,本文认为,薄腹箱梁斜向开裂后的剪切变形是跨中下挠过大的主要原冈之一。本文开展了5根混凝土梁(3根薄腹T梁和2根矩形梁)的受剪性能试验,发现薄腹T梁在出现斜裂缝之后的剪切变形不容忽视。提出基于B区和D区划分的受剪性能分析方法,推导了斜裂缝出现之后梁的剪切刚度计算公式,瞬时与长期剪切变形的计算结果与试验结果吻合较好。按混凝土结构设计规范及桥规计算的变形存在低估斜向开裂梁变形的危险。最后根据参数分析结果,给出了需要考虑剪切变形影响的梁跨高比和剪跨比范围。　　 (7)首先基于MCFT理论,考虑斜裂缝之间混凝土拉应力对抗剪的影响,通过合理简化,得到斜压杆角度的计算公式,相比MCFT方法,无需迭代计算。考虑了斜向开裂混凝土斜压杆受压和受拉相互影响的力学特性,编制了计算有腹筋钢筋混凝土梁抗剪强度的计算程序。最后推导了有腹筋钢筋混凝土梁抗剪强度的简化计算公式。建立了209根矩形梁的剪切破坏试验数据库,采用统计特征值、缺陷点数法等,对本文提出的方法及四种规范方法进行了评估,结果表明本文提出的方法较好。　　最后,根据对已出现病害的大跨径箱梁桥结构特性的调查分析,从高跨比、腹板及配筋设计、纵向预应力束设计、下挠原因推演等方面对箱梁桥进行了研究分析。针对上述质量通病,可通过设置后期备用束得以改善,本文提出备用束的量化设计方法,可根据长期变形置信区间下限值与确定性计算值的差异来确定。
作者：	潘钻峰
专业：	结构工程
导师：	吕志涛
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文