高性能粉煤灰混凝土鐵路橋梁受力性能試驗和理論研究.pdf

1、在橋梁結構向大跨、重載、輕質、高強、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。我國相關規(guī)范的規(guī)定，粉煤灰在預應力梁尤其是鐵路預應力橋梁中的應用受到限制，阻礙了這一產品的應用。本文在高性能粉煤灰混凝土材料特性研究的基礎上，對不同摻量高性能粉煤灰混凝土鐵路橋梁的受力性能進行了試驗和理論研究，以期對這一限制有所突破。論文的主要工作如下： (1)通過對不同摻量高性能粉煤灰混凝土模型

2、梁進行200萬次正常使用狀態(tài)疲勞試驗研究，探討C50至C80預應力混凝土梁在疲勞荷載作用下的工作性質。試驗結果表明，高性能粉煤灰混凝土預應力梁疲勞性能穩(wěn)定，疲勞試驗梁體未開裂，各梁在疲勞荷載作用下累積殘余應變較小，各梁變形、應力與荷載呈良好線性關系，處于彈性階段；試驗證明以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應力梁疲勞性能滿足規(guī)范要求。因此，在鐵路建設中，高性能粉煤灰混凝土對鐵路預應力混凝土梁的疲勞性能是有保證的

3、。 (2)通過對9組18根高性能粉煤灰混凝土模型梁累積殘余應變的測量，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變回歸曲線。在此基礎上，基于分段線性的原理，對高性能粉煤灰預應力混凝土受彎構件進行了疲勞損傷的全過程非線性分析。理論分析與試驗結果比較表明，該方法能夠較好地描述出疲勞損傷的全過程，并能給出更符合實際情況的疲勞壽命。 (3)通過對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研究，由

4、試驗結果可知粉煤灰摻量20％～40％高性能混凝土梁在長期荷載作用下徐變早期發(fā)展較快，隨著齡期的增長，混凝土的后期強度逐漸增長，徐變的增長趨于緩和?；?00多天的實測結果回歸分析，其徐變系數終值為1.68～1.72之間，比不摻粉煤灰的高性能梁徐變系數終值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應力模型梁的收縮、徐變試驗為基礎，提出了從混凝土橋梁短期試驗值推算相應混凝

5、土橋梁在該橋梁工作環(huán)境下收縮應變及徐變系數的方法；結合橋梁規(guī)范JTG D62-2004收縮模型與徐變模型思想，得出計算混凝土橋梁收縮應變及徐變系數的橋梁規(guī)范JTG D62-2004修正公式。理論分析與試驗結果比較表明，預測理論值給出了較好的精度。該預測方法，不需做材料的收縮、徐變試驗，也避免從標準環(huán)境下試驗值推算橋梁工作環(huán)境下收縮、徐變可能產生的誤差。 (5)通過對不同摻量高性能粉煤灰預應力模型梁的破壞試驗研究，試驗結果表明：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)范公式對模型梁的裂縫寬度進行了計算，并與試驗值進行了比較，兩者符合較好。說明可以利用現行規(guī)范計算高性能粉煤灰梁的裂縫寬度。 (6)從高性能粉煤灰預應力模型梁的破壞試驗中發(fā)現，隨著荷載的增大，模型梁的基頻呈下降趨勢，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，說明結構剛度變化不大；而其接近破壞時最大裂縫寬度值為其初始量測的最大

7、裂縫寬度值的9.5--19倍左右，結構剛度顯著降低，給人以明顯的破壞預兆。這也說明僅利用量測基頻來判斷預應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應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，同時在模型中把無粘結預應力筋的效應轉化為梁單元的等效節(jié)點荷載，并編制了相應程序，模型梁有限元計算結果和實測值比較表明：該程序是正確的和該模型可較好地預測預應力梁從開始加