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爭力的橋型。本課題以正在建設(shè)中的國家重點工程滬蓉西高速公路支井河特大鋼管混凝土拱橋為背景。該橋梁全長543．37米，主橋為上承式430m鋼管混凝土拱橋，大橋主拱圈計算跨徑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)合當前在鋼管混凝土材料設(shè)計和施工方面存在的問題，開展了大跨徑超緩凝自應(yīng)力高強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)計與施工提供了重要依據(jù)和理論指導(dǎo)。 本文進行的主要工作和取得的重要成果有： 針對當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題，以及支井河特大橋鋼管混凝土對混凝土凝結(jié)時間超長的要求，采用改性劑A和改性劑B對現(xiàn)有LK聚羧酸減水劑進行改性，研制出了引氣量小、減水率高、保坍性好、緩凝時間超過20h的聚羧酸超緩凝高性能減水劑LKS。LKS的適宜配比為LK：A：B-88：6：6

3、，可以根據(jù)工程的需求通過調(diào)節(jié)LKS摻量來滿足不同緩凝時間的要求。系統(tǒng)研究了LKS對水泥的凝結(jié)時間、水化熱、流變性能、ζ-電位、強度以及鋼筋銹蝕的影響。結(jié)果表明，LKS能有效調(diào)控水泥的水化過程，與水泥的適應(yīng)性良好，不會對水泥性能產(chǎn)生負面影響；通過XRD、SEM等微觀研究方法，闡明了LKS的緩凝作用機理。 依據(jù)鋼管混凝土對膨脹性能要求，提出了利用MgO的延遲膨脹性能來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度控制對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℃，保溫時間1h，細度控制在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粮邚姟⒆悦軐?、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、，并進行了自應(yīng)力C50鋼管混凝土短柱軸壓試驗，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，在使用過程中會發(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。本文通過理論分析和計算，首次提出并確定摻9%～10%MgO膨脹劑才能補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，進行了鋼管混凝土自應(yīng)力和徑向膨脹率理論計算，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