橋梁箱體濕熱耦合作用下非結(jié)構(gòu)性裂縫成因分析及處理方法.pdf

1、混凝土箱梁優(yōu)點(diǎn)突出，應(yīng)用廣泛，卻常有梁體開裂現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)由荷載引起的裂縫僅占少數(shù)，占裂縫總數(shù)80％以上是非結(jié)構(gòu)性裂縫。箱梁非結(jié)構(gòu)性開裂的眾多誘因中，梁體濕熱變形受到約束所引起的濕熱應(yīng)力是主要因素。由于目前還沒有一款商用軟件可以對混凝土內(nèi)部的水分散失過程進(jìn)行模擬，因此對于結(jié)構(gòu)失水收縮量的計算還停留在用經(jīng)驗公式估算階段，并且只能算出整體結(jié)構(gòu)的收縮量，無法計算收縮應(yīng)力在結(jié)構(gòu)的具體分布。已有研究發(fā)現(xiàn)等溫環(huán)境下混凝土內(nèi)部濕度場滿足Fick

2、第二定律，但實(shí)際工程中的橋梁結(jié)構(gòu)處于環(huán)境溫度不斷變化的情況，溫度的高低對水分的散失有很大影響，在對混凝土內(nèi)部濕度場進(jìn)行模擬時必須考慮溫度場的耦合效應(yīng)。因此有必要對混凝土箱梁內(nèi)部濕熱耦合場進(jìn)行研究，從結(jié)構(gòu)溫、濕度的不均勻變化出發(fā)，對混凝土箱梁的濕熱應(yīng)力進(jìn)行計算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對箱型粱體非結(jié)構(gòu)性開裂原因的量化分析，有很大的實(shí)用價值和科學(xué)意義。
　　本文以混凝土箱梁結(jié)構(gòu)表面干縮裂紋形成原因作為主要研究對象，根據(jù)現(xiàn)有理論建立了一維混凝土內(nèi)部線性

3、、非線性濕度場數(shù)學(xué)模型，開展了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布對混凝土干燥過程影響分析。分析表明溫度對混凝土濕度擴(kuò)散系數(shù)的影響是劇烈的，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度超過20℃以后，會使得混凝土濕擴(kuò)散系數(shù)成倍增大，因此溫度的升高會加劇混凝土內(nèi)部水分向外傳遞?？偨Y(jié)了混凝土內(nèi)部水分散失機(jī)理，通過在濕度擴(kuò)散系數(shù)上加入溫度影響函數(shù)的方式建立了濕熱耦合場數(shù)學(xué)模型。推導(dǎo)了顯式、隱式兩種差分格式對混凝土內(nèi)部濕度場及濕熱耦合場控制方程的計算過程。并基于有限差分理論，在MATL

4、AB程序開發(fā)平臺上編寫了濕度場及耦合場計算程序，通過與經(jīng)典實(shí)驗及商用有限元軟件計算結(jié)果的對比分析，驗證了自編程序的計算能力。同時，于在建橋梁上，開展了混凝土箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部濕度、溫度數(shù)據(jù)的采集實(shí)驗。測試在了環(huán)境溫、濕度作用下，新澆混凝土不同凝期的濕、熱變化。采用本文分析方法的計算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合，進(jìn)一步證明經(jīng)一維簡化后的濕熱耦合控制方程，能夠描述如箱梁這種薄壁結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度分布對混凝土干燥過程的影響。借助已有理論，實(shí)現(xiàn)了混凝土溫、濕度向應(yīng)