大跨徑超緩凝自應(yīng)力鋼管混凝土研制及其仿真分析.pdf

1、鋼管混凝土是將混凝土灌入鋼管內(nèi)而形成的一種組合結(jié)構(gòu)。它具有優(yōu)良的性能，現(xiàn)已成為大跨度橋梁中有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型。本課題以正在建設(shè)中的國(guó)家重點(diǎn)工程滬蓉西高速公路支井河特大鋼管混凝土拱橋?yàn)楸尘?。該橋梁全長(zhǎng)543．37米，主橋?yàn)樯铣惺?30m鋼管混凝土拱橋，大橋主拱圈計(jì)算跨徑430m，為目前世界上同類型橋跨度第一、施工難度第一的特大鋼管混凝土拱橋。結(jié)合當(dāng)前在鋼管混凝土材料設(shè)計(jì)和施工方面存在的問(wèn)題，開(kāi)展了大跨徑超緩凝自應(yīng)力高強(qiáng)鋼管混凝土的研制及灌注仿

2、真研究，為鋼管混凝土的材料設(shè)計(jì)與施工提供了重要依據(jù)和理論指導(dǎo)。 本文進(jìn)行的主要工作和取得的重要成果有： 針對(duì)當(dāng)前鋼管混凝土中所用減水劑在引氣量、減水率、保坍性不能滿足工程要求等問(wèn)題，以及支井河特大橋鋼管混凝土對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間超長(zhǎng)的要求，采用改性劑A和改性劑B對(duì)現(xiàn)有LK聚羧酸減水劑進(jìn)行改性，研制出了引氣量小、減水率高、保坍性好、緩凝時(shí)間超過(guò)20h的聚羧酸超緩凝高性能減水劑LKS。LKS的適宜配比為L(zhǎng)K：A：B-88：6：6

3、，可以根據(jù)工程的需求通過(guò)調(diào)節(jié)LKS摻量來(lái)滿足不同緩凝時(shí)間的要求。系統(tǒng)研究了LKS對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間、水化熱、流變性能、ζ-電位、強(qiáng)度以及鋼筋銹蝕的影響。結(jié)果表明，LKS能有效調(diào)控水泥的水化過(guò)程，與水泥的適應(yīng)性良好，不會(huì)對(duì)水泥性能產(chǎn)生負(fù)面影響；通過(guò)XRD、SEM等微觀研究方法，闡明了LKS的緩凝作用機(jī)理。 依據(jù)鋼管混凝土對(duì)膨脹性能要求，提出了利用MgO的延遲膨脹性能來(lái)作為鋼管混凝土的膨脹源。系統(tǒng)研究了適用于鋼管混凝土的MgO膨脹劑的

4、制備技術(shù)，探討了煅燒制度和細(xì)度控制對(duì)MgO膨脹劑的水化及膨脹性能的影響，確定了MgO膨脹劑的制備技術(shù)參數(shù)：煅燒溫度1000℃，保溫時(shí)間1h，細(xì)度控制在45μm

5、歷程，闡明了MgO膨脹劑的膨脹起因于Mg（OH）2晶體的生成與發(fā)育。 根據(jù)大跨徑鋼管混凝土拱橋?qū)炷粮邚?qiáng)、自密實(shí)、高流態(tài)、超緩凝、產(chǎn)生自應(yīng)力的要求，采用研制的超緩凝聚羧酸減水劑LKS和MgO膨脹劑，制備了超緩凝自應(yīng)力C50鋼管混凝土，確定了配合比設(shè)計(jì)的基本原材料及主要技術(shù)參數(shù)；系統(tǒng)研究了自應(yīng)力C50鋼管混凝土的體積穩(wěn)定性，包括自由膨脹性能、限制膨脹性能和徐變性能；研究了自應(yīng)力C50鋼管混凝土在鋼管限制下的變形性能和基本力學(xué)性能

6、，并進(jìn)行了自應(yīng)力C50鋼管混凝土短柱軸壓試驗(yàn)，得到了自應(yīng)力C50鋼管混凝土組合構(gòu)件的極限荷載和荷載-應(yīng)變曲線；通過(guò)顯微硬度、孔結(jié)構(gòu)和SEM分析方法，探討了在自由膨脹和鋼管限制狀態(tài)下膨脹混凝土的結(jié)構(gòu)與性能的差異。 鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)由于核心混凝土自身收縮、鋼管與混凝土熱脹系數(shù)差異等，在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生鋼管與核心混凝土徑向脫空現(xiàn)象；這將劣化鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的性能，甚至危及橋梁安全。因此核心混凝土必須有足夠的膨脹量，才能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和

7、安全。本文通過(guò)理論分析和計(jì)算，首次提出并確定摻9%～10%MgO膨脹劑才能補(bǔ)償混凝土收縮并保證溫升條件下不發(fā)生脫空現(xiàn)象。根據(jù)鋼管混凝土中鋼管的縱向和徑向變形，進(jìn)行了鋼管混凝土自應(yīng)力和徑向膨脹率理論計(jì)算，提出徑向因子f概念，其值為徑向膨脹率與自由膨脹率的比值，根據(jù)計(jì)算將f繪制成曲線圖，得到了f與齡期的關(guān)系符合Boltzmann方程，并推導(dǎo)出了不同MgO膨脹劑摻量下的Boltzmann方程式。 采用MATLAB軟件中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱