混凝土矩形空心墩温度作用及竖向开裂问题研究

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1、分类号：U443.210710-B2008043博士学位论文混凝土矩形空心墩温度作用及竖向开裂问题研究陈顺超导师姓名职称黄平明教授申请学位类别博士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2015年4月28日论文答辩日期2015年6月23日学位授予单位长安大学StudyontheTemperatureEffectandVerticalCrackontheConcreteRectangularHollowPierADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate

2、：ChenShunchaoSupervisor：Prof.HuangPingmingChang’anUniversity,Xi’an,China摘要我国现行公路桥梁设计规范对于混凝土桥梁均匀温度作用的规定较为粗略，与全国范围内差异甚大的气候条件之间存在一定矛盾；目前国内针对混凝土矩形空心墩非均匀温度作用的系统性研究成果也相对较少，不便于设计分析人员参考使用；另外不少混凝土矩形空心墩出现了竖向开裂病害，目前系统性的成因分析和裂缝控制研究还较为缺乏。本文通过试验研究与数值模拟相结合的方法，对混凝土矩形空心墩的温

3、度作用取值、温度效应计算的关键参数以及竖向开裂的机理和防治措施进行了深入研究，主要研究工作和结论如下：基于温度长期观测资料，系统研究了混凝土空心墩平均温度与外气温的关系，提出了两种根据气温资料预测空心墩平均温度变化范围的方法，通过对试验桥墩在观测期内平均温度变化范围的预测，发现在最高、最低日平均气温的基础上增加2ºC时得到的温度变化范围与预测范围基本吻合；参照欧洲结构设计标准，建议取50年重现期的最高、最低日平均气温作为基本气温，在基本气温的基础上增加2ºC得到混凝土桥梁有效温度的标准值，通过统计分析，得到

4、了全国194个气象站混凝土桥梁有效温度的推荐值，并与现行公路桥梁设计规范进行了对比分析，指出了其不足之处，并提出了有关混凝土桥梁均匀温度作用的建议。基于温度长期观测资料，系统研究了混凝土空心墩正温差、负温差作用与气象条件的关系；通过对混凝土矩形空心墩日照温度场和寒潮降温温度场的实测和有限元模拟，提出了混凝土矩形空心墩非均匀温度作用的二维温差分布模式和沿壁厚方向的幂函数温差分布曲线；搜集了全国20个代表性地点的大气透明系数、气温日较差、日平均气温24小时最大降温幅度、日平均风速等资料，采用有限元模拟方法，得到

5、了20个代表性测站的最大壁面正温差和负温差标准值，并通过拟合计算和综合分析，给出了幂函数常量a和温度变化影响深度b的建议值。对混凝土桥梁温度效应计算的相关关键参数进行了实验研究：设计了一种混凝土试件加热装置，通过直接加热，验证了混凝土变形与温度变化的同步性；通过在能自由变形的混凝土试块中埋入钢弦式应变计，实测太阳辐射作用下试块内部应变分布，验证了温度自应力计算时的平截面假定；提出了一种依靠埋入式混凝土应变计测试混凝土线膨胀系数的简易方法，采用简易方法研究了负温条件对线膨胀系数的影响，发现负温下线-i-膨胀系

6、数出现剧增；利用加热装置配合液压伺服动态疲劳试验机，实测了混凝土温度应力和短期内的应力松弛系数，并对温度应力的折减系数和组合问题提出了建议。采用有限元分析和现场实测相结合的方法，系统分析了水泥水化热效应、混凝土不均匀收缩、壁面负温差和竖向荷载对混凝土空心墩竖向开裂的影响，结果表明：这4大因素的不同叠加作用是导致混凝土空心墩竖向开裂的直接原因；从性质上看，混凝土矩形空心墩竖向裂缝主要属于变形裂缝，防治时应以预防措施和配筋防控措施为主，必要时采取裂缝处治措施。关键词：混凝土矩形空心墩，均匀温度作用，非均匀温度作

7、用，温度应力折减，竖向裂缝，防裂控制-ii-AbstractInthecurrenthighwaybridgedesignspecification,theprovisionsabouttheuniformtemperatureeffectofconcretebridgearen’tdetailed,whichexistscertaincontradictionwiththegreatlydifferentclimaticconditionsacrossthecountry.Atpresent,therea

8、rerelativelylesssystemicresearchachievementsforthenon-uniformtemperatureeffectofrectangularconcretehollowpierdomestically,whichisconvenienttobereferencedandusedbydesignanalyst.Inaddition,theverticalcrackoccur