常泰长江大桥主航道桥主墩承台大体积混凝土抗裂技术研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 208 m的公铁两用双塔钢桁梁斜拉桥,主墩承台尺寸为77 m(横桥向)×39.8 m(顺桥向)×8 m(厚),采用C40混凝土,单个承台混凝土超过2万方。为降低承台大体积混凝土开裂风险,提高其抗裂性能,采用具有水化热调控和补偿收缩的功能性材料,基于温度场和变形场协同调控试验,开展承台大体积混凝土抗裂技术研究。试验结果表明:水化热调控材料可有效降低水泥水化热及放热速率,调控混凝土温度历程,有利于减少大体积混凝土温度裂缝;复合膨胀材料可以调控混凝土变形历程,有利于减小混凝土收缩变形,抑制混凝土收缩开裂。根据研究结果,该桥主墩承台混凝土掺加0.2%的水化热调控材料和8%的复合膨胀材料(配比为50%CaO+50%MgO),施工过程中采取控制入模温度、设置冷却水管、加强保温与保湿养护等措施。主墩承台混凝土拆模后未见裂缝,说明基于温度场和变形场协同调控的混凝土抗裂技术应用效果较好。

桥墩承台大体积混凝土温度场监测与有限元分析

为控制大体积混凝土浇筑后里表温差过大及温度裂缝的不利影响,通过对无冷却水管试验墩和有冷却水管承台的大体积混凝土温度场进行监测,研究在有无冷却水管降温措施下大体积混凝土内部温度场的分布及变化规律,并建立有限元模型分析有限元模拟结果与实测数据之间的差异。结果表明:大体积混凝土浇筑后,混凝土升温速率大于降温速率;布设冷却水管降温措施可以明显降低大体积混凝土中心温度;升降温阶段,混凝土内部和表面温度升降温速率基本相同,且从内到外温度变化呈递减趋势,但无线性关系;有限元模拟结果与实测数据吻合较好。

深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征研究

为了研究深部热-力耦合条件下冻结井筒内壁早期温度应力问题,基于固体热传导原理与轴对称热应力理论,提出了考虑如内热源、外部冷源、塑料板摩擦约束、上覆井壁荷载和地层侧压力等多种边界条件的深井内壁大体积混凝土热-力耦合方法。获得了深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征,确定了易出现早期温度裂缝的高风险区,提出了混凝土早期温度裂缝防治措施优化方向。结果表明:①应用热-力耦合数值模拟方法求解出内壁大体积混凝土温度、应变最大值与现场实测结果较一致;②由于内壁水化放热导致内壁浇筑后中心位置的温度远高于内、外缘附近区域,极易导致温度裂缝的出现;③内壁浇筑初期,内壁各个位置应变为正,呈内缘至中部大于外缘的规律;浇筑后期,内壁外缘至中心区域出现收缩变形,应变最大为-6×10-5;④内壁浇筑初期,内壁内部储存了一定的压应力,分布规律为内壁中部压应力大于内、外缘。随着内壁温度的不断下降,内壁外缘拉应力达到2.2 MPa,极易在此区域内出现井壁早期温度裂缝。

循环温度场作用下PCC能量桩热力学特性模型试验研究

PCC能量桩是河海大学岩土所开发的一种新型能量桩技术。在常规桩基静载荷模型试验基础上,将PCC能量桩放置在南京典型砂土中,并通过导热管内水体的循环对模型桩体施加温度场,以模拟PCC能量桩在实际运行过程中的承载力特性与受力机制,PCC能量桩先加载至工作荷载(极限荷载的一半),再施加热-冷循环一次,最后加载至极限荷载,测得不同温度下PCC能量桩的荷载-位移关系曲线、桩身应力-应变关系曲线等变化规律。试验结果表明,能量桩换热过程中,热量更容易从桩体传向土体(即夏季模式的热循环);热循环及制冷循环都明显改变了桩顶位移值,且往复循环作用下产生的塑性变形不能完全恢复,其积累变形可能危害上部结构安全;桩身受温度场作用产生的热应力相对较大,且不同约束条件下其变化值有所差异;在制冷循环下,桩底部甚至可能产生较大拉应力。

高原冻土区桩基施工温度场研究

结合青藏铁路沿线多年冻土的主要特点,利用 Ansys5.6 大型有限元计算程序,对青藏铁路冻土区桥梁混凝土灌注桩基施工过程的地温场进行了模拟计算,分析了高原冻土区桥梁桩基在施工过程中地温场的变化规律,并据此对冻土桩基施工过程中的有关问题进行讨论,所得成果可供相应工程借鉴。

水化热对高温多年冻土区桩基温度场的影响

为研究混凝土水化热对高温多年冻土区桩基温度场的影响,以传热学为理论基础,给出温度场的控制微分方程和边界条件,采用有限元数值分析方法求解,分析混凝土灌注桩施工后桩土温度场的分布规律,讨论入模温度及混凝土水化热对回冻过程的影响。研究结果表明:入模温度和混凝土总水化热对回冻过程有显著影响,回冻时间随入模温度的增加而延长;随总水化热的降低而减少。对高温多年冻土而言,混凝土灌注桩施工带给冻土温度场的热扰动使回冻过程更为漫长,可通过在混凝土中适当加入粉煤灰和矿渣等掺合料及降低混凝土入模温度来减少回冻时间,缩短施工工期。

多年冻土桩基温度场研究

结合青藏铁路沿线多年冻土的主要特点 ,利用Ansys5 6大型有限元计算程序 ,对青藏铁路某冻土桥梁混凝土灌注桩施工过程的地温场进行了模拟计算 ,给出在成桩过程中混凝土不同龄期地温场的分布规律 ,并根据计算结果 ,对混凝土灌注桩施工提出合理化建议。

人工冻土灌注桩桩身温度场及混凝土强度试验研究

采用物理模型试验方法,对人工冻土条件下混凝土灌注桩进行了桩身温度场监测及混凝土强度检测,并基于试验数据,研究了人工冻土中灌注桩桩身温度场发展规律和混凝土强度增长特性,可为人工冻土条件下混凝土灌注桩的施工提供技术指导。

基于IBIS-L系统的大体积混凝土温度形变场分析

温度形变场是个时间、空间等多因素耦合的复杂物理场,其对大体积混凝土结构产生形变的影响不容忽视.本文基于IBIS-L地形微变远程监测系统,研究某场地桩板墙大体积混凝土结构随温度变化的实时形变量;采用ANSYS数值模拟软件建立数值分析计算模型,计算因温度变化而引起的桩板墙形变量;对比实时监测微变与温度形变场数值模拟的结果,研究大体积混凝土桩板墙发生微变与温度形变场之间的相关性,为以后桩板墙的设计和防护提供理论依据.

大体积预应力混凝土温控技术研究

运用有限元分析软件建立大体积预应力混凝土承台温度场模型,对承台浇筑阶段的温度场进行仿真分析,研究混凝土内部温度场随时间的变化规律,并与实测值进行比较。根据理论分析结果和现场温度监测,制定施工过程中的温度控制方案,并采取相应温控措施。

冻土区寒季灌桩对地温场的影响分析

以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析有限元模型,然后根据青藏高原清水河某地段实际气温和地温的初始条件计算了寒季施工条件下,混凝土入模温度分别为5℃及12℃时桩周地温场的变化,分析了混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供理论参考依据.

太阳能地下混凝土储热桩蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能地下混凝土桩蓄热过程的数学模型,采用了有限单元法对地下垂直埋管周围混凝土桩的非稳态温度场进行数值模拟,给出了不同边界条件下数值计算格式,分析了换热器周围混凝土温度变化的规律,为U型垂直管埋深及混凝土桩的配合比,在确定方法上提供了参考依据。

不同成桩工艺条件下冻结粉土中基桩承载性状试验研究

桩基础作为冻土工程中最适宜的基础形式,主要采用插入桩、静压桩和灌注桩三种桩型,因其成桩工艺不同对冻土地基及桩基自身造成的差异不一。为研究不同成桩工艺对冻土地基及基桩承载性状的影响,通过开展室内-1.5℃条件下单桩静载模型试验,分析在冻结粉土中不同成桩工艺对地温场、桩基极限承载力、桩身轴力以及桩侧摩阻(冻结力)的影响规律。试验结果表明:灌注桩对桩周地温场扰动剧烈,桩侧温度较高,地温变化幅度大。随着桩周土体的回冻,地温逐步降低,其中灌注桩桩侧降温速率最大;在承载力方面,2根灌注桩的极限承载力约为12.8kN,静压桩为11.6kN,插入桩极限承载力最小,仅为钻孔灌注桩的2/3。并对比4种不同成桩工艺的基桩在不同荷载条件下对应的沉降量,体现出成桩工艺对基桩沉降造成的差异性;随着桩顶荷载的逐级增加,桩侧摩阻(冻结力)和桩端阻力逐渐发挥作用,桩身上部1/3由于温度较低,致使桩侧摩阻(冻结力)较大,在10cm深度附近温度最低,使桩侧摩阻(冻结力)达到最大值;并对比4种不同成桩工艺的基桩在荷载5.6kN下轴力沿桩身的传递情况,发现静压桩更易把荷载传递到冻土区深层地基。

混凝土储热桩地下蓄热过程温度场数值模拟研究及分析

太阳能混凝土桩储热技术是以太阳能和混凝土桩作为复合热源的热泵系统,在混凝土桩内部埋设换热管,利用太阳能集热板把热量通过混凝土桩中的换热管储存在土壤中。采用柱热源模型对混凝土储热桩进行了180天的连续蓄热过程模拟计算,对地下土壤温度场进行分析,认为在4 m的桩间距下能量桩间的相互影响较小。

融沉冻土与群桩相互作用的试验研究

采用自行研制的冻土-群桩室内模型试验装置,研究在补水条件下,单向冻结过程中融沉土体与群桩的相互作用;测定在相同含水率条件下,不同融化温度时冻土的温度场、桩顶上拔位移和桩不同位置处的侧摩阻力随时间的变化趋势。结果表明:升温回暖过程中,各深度土样温度变化趋势基本相似,具有明显的时间效应,大致可分为缓慢降温阶段、升温阶段和温度稳定阶段,不同位置桩的沉降位移发展规律可大致分为桩身稳定阶段、快速沉降阶段和缓慢沉降阶段;融化温度越高,升温阶段维持时间较长,冻土融沉更加完全,桩最终沉降量也更大;融沉过程中,桩身负摩阻力呈现正负交替分布的状态,融化温度越高,桩身所受的负摩阻力越大,且中心桩所受的负摩阻力比角桩的小。

冬季承台大体积混凝土分层浇筑温控措施研究

制定科学的施工现场温控方案是防止大体积混凝土在冬季施工时产生外层冻害和温度裂缝的关键。为了制定针对性的温控方案,本文以寒区桥梁承台大体积混凝土施工为背景,模拟冬季施工外部环境进行混凝土结构温度场、应力场分析,并结合分析结果提出温控标准和施工建议,进而根据现场温度场监测结果及时有效调整温控措施。结果表明,采取蓄热能法适当提高混凝土浇筑温度、浇筑前对基础和冷壁进行预热、浇筑过程中加强中心区域混凝土通水降温、浇筑完毕后对表层混凝土进行严格的保温养护等措施,可以有效控制承台混凝土温度裂缝的产生,兼顾防冻与抗裂两方面的要求。

高原冻土地区桩基混凝土配合比设计研究

本文主要研究了水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料种类和掺量等配合比关键参数对C30桩基混凝土抗压强度和抗冻性能的影响规律。研究表明,低温环境下桩基混凝土的抗压强度和抗冻性能均随着水胶比的增加而显著降低;桩基混凝土抗压强度和抗冻性能均随着胶凝材料用量的降低而降低;低温环境下"FA10-SF10"组混凝土抗压强度和抗冻性能均最佳;高原冻土地区C30桩基混凝土配合比设计中建议水胶比不大于0.45,胶凝材料用量不低于380 kg/m3,建议采用10%粉煤灰和5%硅灰复掺。

持续低温环境下混凝土灌注桩温度场模拟研究

以青藏铁路为依托,采用人工气候模拟试验箱在冻土层中进行灌注桩浇筑试验,并运用ANSYS软件建立模型对低温环境下冻土-灌注桩温度场变化情况进行了模拟分析。结果表明:混凝土浇筑后,灌注桩桩心温度最高,桩体表面温度最低,受水泥水化热影响桩心温度有短暂温升随后开始下降,入模5 h桩心温度降至0℃,入模30 d时降至-4.9℃,冻土环境极不利于混凝土强度的增长;混凝土入模时靠近桩体表面的冻土层逐渐融化但很快又降至0℃以下;依照试验实测温度场数据校核的模型可用于预测不同入模温度、不同桩径、不同冻土温度条件下灌注桩混凝土水化温度变化范围。

混凝土温度场和应力场仿真计算中桩基的热学和力学参数等效系数研究

在大型水利工程的温度场和应力场仿真计算中,为了简化建模,对于埋设混凝土桩的情况,有时以桩和周围地基组成的长方体作为一个等效体代替桩基,其等效参数往往采用体积等效法取值,但其计算结果与工程实际存在一定的差异。为研究此问题,以某水闸工程作为计算模型,将桩、土基精细建模的计算结果作为精确解,与整体桩基等效后的计算结果进行对比分析,得到等效桩基的热学参数等效系数α和力学参数等效系数β,等效桩基的力学参数等效系数β和土基的弹性模量成线性关系,等效桩基的热学参数等效系数α取值范围为[0. 8,1. 0]。此结果可为实际应用提供参考。

季节性冻土地区泡沫混凝土保温板路基温度场数值模拟

近年来,泡沫混凝土作为一种轻质保温材料得到广泛应用,然而对泡沫混凝土作为保温材料应用于季节冻土区高铁路基的研究相对较少。以哈齐客专DK221+150断面的现场监测数据为依据,利用ABAQUS有限元分析软件,建立泡沫混凝土保温板路基的温度场模型,研究泡沫混凝土保温板在季节冻土区对铁路路基的保温效果。通过对不同工况下泡沫混凝土保温板路基进行温度场数值模拟,优化路基两侧泡沫混凝土保温板的铺设长度。模拟计算结果表明:泡沫混凝土保温板对路基具有明显的保温效果,当保温板的铺设方式为路基面全幅铺设且路基两侧的铺设长度由路肩延伸至4.0m时保温效果最佳。