基于湿度扩散理论T梁非均匀收缩效应分析

预应力混凝土T梁腹板竖向裂缝是工程界普遍关注的问题之一。该文以湿度扩散理论为基础,研究预应力混凝土T梁由于不均匀收缩效应对结构开裂的影响。通过建立三维湿度-结构耦合模型,分析了T梁湿度场及T梁不均匀收缩应力分布规律。计算结果表明:T梁不均匀收缩效应显著,T梁腹板由于非均匀收缩效应产生较高拉应力,增加T梁腹板开裂风险,是T梁腹板竖向裂缝产生的重要原因之一。

PC箱梁桥非均匀收缩变形分析

大跨预应力连续刚构桥后期超限下挠问题,越来越受到工程界的普遍关注。文中以湿度扩散理论为基础,研究PC箱梁结构非均匀收缩变形计算方法。针对某实桥典型截面建立二维湿度场分析有限元模型,分析箱梁截面二维湿度场分布规律及时变特征。根据湿度场变形耦合条件研究连续刚构桥主梁干缩变形行为特点。结果表明,PC箱梁结构非均匀收缩变形显著,常规方法计算误差较大。考虑箱梁截面非均匀收缩因素后,跨中下挠累计值较常规方法大3.1 cm,表明箱梁截面的不均匀收缩是引起连续刚构桥后期超限下挠的重要原因。

变湿度环境下的混凝土结构桥梁长期干缩行为

为了分析长期使用中混凝土桥梁的结构表层干缩裂纹形成原因,以湿度扩散理论为基础,采用湿度变形耦合分析方法,研究了变湿度环境下的混凝土桥梁长期收缩变形、结构干缩自应力的分布规律及时变特征;通过经典试验对比分析,验证了所提出方法的可靠性;并通过模型尺寸效应的敏感性分析,进一步总结了混凝土结构的干缩自应力沿深度方向分布规律及随环境湿度变化而周期性变化规律。研究结果表明:混凝土收缩变形受到外界湿度的影响显著,特别是龄期100d后,混凝土试件的变形规律与环境湿度变化规律基本一致,随着环境湿度的升高,试件发生膨胀变形,而当环境湿度降低时,试件又发生收缩变形;环境湿度的周期变化对实桥结构整体变形及受力状态影响较小,约占收缩变形总量的12%,箱梁局部干缩应力随环境湿度的周期变化而变化,特别是干燥环境下混凝土内部压应力增大至-2.7MPa,同期混凝土外表面竖向压应力失去作用,并产生1.0 MPa拉应力,增大了腹板开裂风险;分析结果与实际桥梁腹板斜裂缝多为浅表裂纹现象相吻合;箱梁内部湿度变化幅度相对较低,箱梁腹板内缘混凝土自应力变化幅度小于外侧,这也揭示了实际桥梁箱梁腹板外表面裂缝数量明显多于内表面的形成机理。

混凝土结构早期非均匀收缩试验

针对箱梁截面非均匀收缩现象开展了模型试验研究,试验中考虑了混凝土配合比及理论厚度等因素。采用以非线性湿度扩散理论为基础的的有限元分析方法,对试验模型进行了仿真分析。试验结果及理论分析均表明:混凝土箱型截面不均匀收缩现象是显著的,模型截面上、下缘应变差占轴向收缩应变的13%～18%;造成混凝土截面不均匀收缩的原因是截面各部位厚度存在差异,使得内湿度变化率不同,在收缩过程中截面各部位存在变形差,导致结构在发生轴向收缩的同时,还将发生挠曲变形。