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管内混凝土脱空检测新方法及脱空对钢管砼拱桥力学性能影响的研究

作　者: 张永宁
导　师: 张雪松
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢管混凝土拱桥脱空机理超声波检测力学性能防治措施
分类号: U446
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近20年来，钢管混凝土拱桥在我国得到了大力发展，国内已建成的大型钢管混凝土拱桥超过了300余座。据相关资料显示，现役钢管混凝土拱桥脱空现象普遍存在，这将是钢管混凝土拱桥建设的一大隐患。钢管混凝土拱桥的脱空问题是常见而又复杂的工程实际问题，本文主要针对脱空问题进行了以下研究：1)关于脱空机理的研究。作者将脱空分为第一类脱空和第二类脱空两类，认为影响第一类脱空的主要因素是核心混凝土的质量、管内法兰盘和加劲环的构造以及泵送施工工艺等，这类脱空一般可以通过改善施工工艺来解决；作者基于圆筒理论分析了轴向荷载、温度荷载及混凝土收缩徐变对第二类脱空的影响，认为温度荷载和收缩徐变是引起第二类脱空的主要因素。2)关于脱空定量检测的研究。作者基于超声波的传播规律，研究了超声波在不同缺陷中的传播路径及声时。在定性检测的基础上，根据首播声时推导出了中心空洞、混凝土下沉脱空、脱粘等脱空量计算公式，并对其适用条件进行了深入研究；当条件不满足时，可采用移动探头对称探测法定量检测。最后作者通过试验以及合江长江一桥的工程实践验证了上述方法的可行性和准确性，对以后钢管混凝土拱桥的检测具有很大的指导价值。3)关于脱空对钢管混凝土拱桥力学性能影响的研究。作者从分析钢管对混凝土的套箍力入手，对钢管混凝土的基本力学性能进行了研究；接着通过理论分析和模型试验，研究了脱空对钢管混凝土力学性能的影响，认为脱空会减小钢管混凝土的套箍效应和核心混凝土的截面积，降低了结构承载力。4)关于脱空防治措施的研究。作者根据脱空的机理及脱空对力学性能的影响，提出了相应的防治和补强措施。作者认为对于第一类脱空是可以通过改进泵送工艺和配置高性能微膨胀混凝土来防止脱空。对于第二类脱空可以通过设置内法兰、加劲环、内壁采用花纹钢板提高钢管和混凝土的粘结力，防止脱粘和相对滑移；采用线膨胀系数低的钢材或在钢管外包保温材料减小温度荷载的影响。在现役桥梁中如果发现脱空问题可以采用二次压浆进行补强。我国仍处在大规模的基础设施建设时期，钢管混凝土拱桥有着广阔的前景，本文的研究成果对钢管混凝土结构的脱空问题有较大的参考价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-21
  1.1 概述  9-13
    1.1.1 钢管混凝土结构的发展概况  9
    1.1.2 钢管混凝土结构在拱桥中的应用  9-12
    1.1.3 钢管混凝土拱桥的理论研究成果  12-13
  1.2 脱空问题的研究现状  13-19
    1.2.1 脱空的产生机理  13-14
    1.2.2 脱空的检测方法  14-16
    1.2.3 脱空对钢管混凝土拱桥力学性能的影响  16-18
    1.2.4 脱空防治的措施  18-19
  1.3 本文研究的主要内容及其意义  19-21
    1.3.1 本文研究的主要内容  19-20
    1.3.2 本文研究的意义  20-21
第二章钢管混凝土拱桥脱空产生的机理  21-55
  2.1 钢管混凝土的脱空现象及其分类  21-23
  2.2 第一类脱空产生的机理  23-24
    2.2.1 混凝土本身的质量问题导致不密实  23
    2.2.2 钢管法兰构造导致混凝土不密实  23-24
    2.2.3 施工工艺导致混凝土不密实  24
  2.3 第二类脱空产生的机理  24-54
    2.3.1 荷载作用对钢管混凝土脱空的影响  24-34
    2.3.2 温度对钢管混凝土拱桥脱空的影响  34-49
    2.3.3 核心混凝土收缩对钢管混凝土拱桥脱空的影响  49-54
  2.4 本章小结  54-55
第三章钢管混凝土超声波检测技术与应用  55-101
  3.1 超声波在钢管混凝土中的传播规律  55-62
    3.1.1 超声波的声学参数  55-56
    3.1.2 超声波在两种不同界面的传播规律  56-61
    3.1.3 超声波在钢管混凝土中传播的特点  61-62
  3.2 混凝土超声波检测的设备  62-64
    3.2.1 混凝土声波仪  62-63
    3.2.2 声波换能器  63-64
  3.3 常见的超声波检测方法  64-65
  3.4 超声波定量检测方法的研究  65-82
    3.4.1 径向对测法简介  65-66
    3.4.2 超声波在不同缺陷中的传播路径  66-68
    3.4.3 缺陷类型判定  68-69
    3.4.4 脱空量计算  69-82
    3.4.5 主要结论  82
  3.5 超声波检测方法的应用  82-98
    3.5.1 钢管混凝土模型试验  82-89
    3.5.2 钢管混凝土拱缩尺试验  89-94
    3.5.3 合江长江一桥钢管混凝土超声波检测  94-98
  3.6 超声波检测的优缺点及注意事项  98-100
  3.7 本章小结  100-101
第四章脱空对钢管混凝土拱桥力学性能的影响  101-128
  4.1 钢管混凝土中的套箍力与本构关系  101-109
    4.1.1 钢管混凝土中的套箍力  101-103
    4.1.2 钢管混凝土的本构关系  103-109
  4.2 钢管混凝土构件的刚度与强度  109-116
    4.2.1 圆形钢管混凝土构件刚度的取值  110-111
    4.2.2 轴心受压构件强度的计算  111-114
    4.2.3 轴心受压构件稳定性的计算  114-115
    4.2.4 偏心受压构件强度与稳定性计算  115-116
  4.3 脱空研究的模型试验  116-127
    4.3.1 试验简介  116-118
    4.3.2 试验过程现象分析  118-125
    4.3.3 试验结果分析  125-127
  4.4 本章小结  127-128
第五章脱空的防治措施研究  128-131
  5.1 从设计上预防脱空  128-129
  5.2 从施工工艺上预防脱空  129-130
  5.3 脱空后补强  130-131
第六章结论与展望  131-134
  6.1 本论文取得的主要结论  131-132
  6.2 存在的问题及今后研究工作展望  132-134
致谢  134-135
参考文献  135-138
在学期间发表的论著及取得的科研成果  138

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