高性能粉煤灰混凝土鐵路橋梁受力性能試驗(yàn)和理論研究.pdf

1、在橋梁結(jié)構(gòu)向大跨、重載、輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久方向發(fā)展的今天，高性能混凝土已日益成為混凝土橋梁的首選材料。高性能粉煤灰混凝土是可選方案之一。我國相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，粉煤灰在預(yù)應(yīng)力梁尤其是鐵路預(yù)應(yīng)力橋梁中的應(yīng)用受到限制，阻礙了這一產(chǎn)品的應(yīng)用。本文在高性能粉煤灰混凝土材料特性研究的基礎(chǔ)上，對(duì)不同摻量高性能粉煤灰混凝土鐵路橋梁的受力性能進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究，以期對(duì)這一限制有所突破。論文的主要工作如下： (1)通過對(duì)不同摻量高性能粉煤灰混凝土模型

2、梁進(jìn)行200萬次正常使用狀態(tài)疲勞試驗(yàn)研究，探討C50至C80預(yù)應(yīng)力混凝土梁在疲勞荷載作用下的工作性質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，高性能粉煤灰混凝土預(yù)應(yīng)力梁疲勞性能穩(wěn)定，疲勞試驗(yàn)梁體未開裂，各梁在疲勞荷載作用下累積殘余應(yīng)變較小，各梁變形、應(yīng)力與荷載呈良好線性關(guān)系，處于彈性階段；試驗(yàn)證明以20％～40％的高性能粉煤灰等量取代水泥配制的高性能混凝土預(yù)應(yīng)力梁疲勞性能滿足規(guī)范要求。因此，在鐵路建設(shè)中，高性能粉煤灰混凝土對(duì)鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土梁的疲勞性能是有保證的

3、。 (2)通過對(duì)9組18根高性能粉煤灰混凝土模型梁累積殘余應(yīng)變的測(cè)量，給出了高性能粉煤灰混凝土梁在疲勞荷載作用下的累積殘余應(yīng)變回歸曲線。在此基礎(chǔ)上，基于分段線性的原理，對(duì)高性能粉煤灰預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行了疲勞損傷的全過程非線性分析。理論分析與試驗(yàn)結(jié)果比較表明，該方法能夠較好地描述出疲勞損傷的全過程，并能給出更符合實(shí)際情況的疲勞壽命。 (3)通過對(duì)不同摻量高性能粉煤灰混凝土鐵路橋梁模型為期一年的收縮徐變特性試驗(yàn)研究，由

4、試驗(yàn)結(jié)果可知粉煤灰摻量20％～40％高性能混凝土梁在長期荷載作用下徐變?cè)缙诎l(fā)展較快，隨著齡期的增長，混凝土的后期強(qiáng)度逐漸增長，徐變的增長趨于緩和?；?00多天的實(shí)測(cè)結(jié)果回歸分析，其徐變系數(shù)終值為1.68～1.72之間，比不摻粉煤灰的高性能梁徐變系數(shù)終值2.17要低得多，說明粉煤灰摻量20％～40％的梁可以減小梁的徐變值。 (4)以8根高性能粉煤灰混凝土預(yù)應(yīng)力模型梁的收縮、徐變?cè)囼?yàn)為基礎(chǔ)，提出了從混凝土橋梁短期試驗(yàn)值推算相應(yīng)混凝

5、土橋梁在該橋梁工作環(huán)境下收縮應(yīng)變及徐變系數(shù)的方法；結(jié)合橋梁規(guī)范JTG D62-2004收縮模型與徐變模型思想，得出計(jì)算混凝土橋梁收縮應(yīng)變及徐變系數(shù)的橋梁規(guī)范JTG D62-2004修正公式。理論分析與試驗(yàn)結(jié)果比較表明，預(yù)測(cè)理論值給出了較好的精度。該預(yù)測(cè)方法，不需做材料的收縮、徐變?cè)囼?yàn)，也避免從標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下試驗(yàn)值推算橋梁工作環(huán)境下收縮、徐變可能產(chǎn)生的誤差。 (5)通過對(duì)不同摻量高性能粉煤灰預(yù)應(yīng)力模型梁的破壞試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：摻

6、高性能粉煤灰混凝土模型梁可以滿足鐵路橋梁極限承載力的要求；利用規(guī)范公式對(duì)模型梁的裂縫寬度進(jìn)行了計(jì)算，并與試驗(yàn)值進(jìn)行了比較，兩者符合較好。說明可以利用現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算高性能粉煤灰梁的裂縫寬度。 (6)從高性能粉煤灰預(yù)應(yīng)力模型梁的破壞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著荷載的增大，模型梁的基頻呈下降趨勢(shì)，最大裂縫寬度逐漸增大，但從模型梁初始加載到其接近破壞，基頻的降低幅度為2％-6％之間，說明結(jié)構(gòu)剛度變化不大；而其接近破壞時(shí)最大裂縫寬度值為其初始量測(cè)的最大

7、裂縫寬度值的9.5--19倍左右，結(jié)構(gòu)剛度顯著降低，給人以明顯的破壞預(yù)兆。這也說明僅利用量測(cè)基頻來判斷預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的破壞程度是不可行的。 (7)基于平面非線性梁單元理論建立了高性能粉煤灰預(yù)應(yīng)力混凝土梁的有限元理論分析模型，該模型考慮了梁單元的材料和幾何非線性，同時(shí)在模型中把無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的效應(yīng)轉(zhuǎn)化為梁單元的等效節(jié)點(diǎn)荷載，并編制了相應(yīng)程序，模型梁有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)值比較表明：該程序是正確的和該模型可較好地預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力梁從開始加