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道床板混凝土的开裂机理分析

作　者: 孙鑫鹏
导　师: 李益进
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程材料
关键词: 道床板连续浇注混凝土收缩开裂机理应力应变有限元
分类号: U213.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

双块式无砟轨道是国内外高速铁路应用范围最广泛的结构形式之一,道床板是双块式无砟轨道的重要组成部分,采用泵送混凝土连续浇筑施工。道床板混凝土开裂现象严重,裂缝宽度和间距超过现行技术条件要求,影响无砟轨道结构的性能和使用寿命。同时,道床板混凝土的裂缝问题是一个庞大的系统工程,影响道床板连续浇筑混凝土开裂的因素众多,各阶段裂缝形成机理也不尽相同。本文从混凝土材料性能及道床板结构构造特点角度出发,试图阐述双块式无砟轨道道床板开裂的影响因素及开裂机理。为此,本文主要研究工作及成果如下：1、根据武广线和郑西线道床板混凝土的开裂调研结果,总结了武广线和郑西线无砟轨道道床板连续浇注混凝土裂缝状态与特征、裂缝种类和成因。调研结果表明道床板混凝土开裂主要由干燥收缩和温度收缩引起。2、通过对武广线长沙某试验段道床板内埋设传感器元件的长期监测,分析道床板施工现场环境温度、测点温度与测点应变的相关性及道床板混凝土内外温差对混凝土内应变实测结果的影响。结果显示道床板面层受轨枕的及环境温度的影响较大,下层受到的约束较小,上部最大应变344με,下部最大应变为292με。3、从道床板混凝土的材料性能入手,分析现场混凝土及室内成型的不同强度等级混凝土的力学性能、弹性模量、收缩性能、受压应力-应变关系随龄期的发展规律,提出了道床板混凝土强度、弹性模量、干缩与龄期发展的预测模型,得到不同强度等级混凝土应力-应变分析参数、混凝土破坏的全应力应变曲线模型和发展规律、峰值应力与峰值应变的关系。混凝土应力应变曲线拟合结果的平方误差不大于0.0042,其相关系数R≥0.98442。4、通过对砂浆干缩性能的研究,优化分析混凝土干缩性能的影响因素和不同养护条件下混凝土干缩率的变化规律。研究水胶比、强度等级、矿物掺合料掺量等对混凝土抗裂性能的影响,得到不同强度等级、矿物掺合料不同复掺比例下混凝土的抗裂性能和裂缝分布规律,探索道床板混凝土材料性能对道床板开裂的影响。5、建立了道床板混凝土有限元模型,分析道床板混凝土在收缩荷载和温度荷载作用下,不同约束条件和混凝土材料属性对混凝土内部应力、应变场分布的影响规律,获得数值模拟条件下道床板混凝土结构的开裂特点、混凝土材料性能的控制指标和裂缝的分布特点。分析结果表明轨枕的四周,靠近道床板外侧的边角均会产生较大的应力应变,这些区域都是较易产生开裂的部位。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-23
  1.1 研究背景及意义  10-12
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 道床板混凝土的开裂研究意义  11-12
  1.2 混凝土开裂研究概况  12-21
    1.2.1 混凝土开裂机理分析  13-15
    1.2.2 混凝土收缩开裂计算模型  15-18
    1.2.3 混凝土材料性能对抗裂性能的影响  18-20
    1.2.4 开裂控制措施  20-21
  1.3 本文研究内容及创新点  21-23
    1.3.1 国内外研究现存的问题  21-22
    1.3.2 本文主要研究内容  22
    1.3.3 本文创新点  22-23
第二章道床板混凝土开裂调研与现场试验研究  23-46
  2.1 道床板混凝土开裂调研  23-29
    2.1.1 调研情况  23-27
    2.1.2 裂缝调研结果分析  27-29
  2.2 现场混凝土基本力学性能试验  29-33
    2.2.1 试验段混凝土原材料及配合比  29-30
    2.2.2 混凝土的抗压和劈拉强度  30
    2.2.3 混凝土的弹性模量  30-31
    2.2.4 混凝土的干缩  31-33
  2.3 道床板混凝土现场监测  33-44
    2.3.1 试验测试仪器  33
    2.3.2 测试方案  33-34
    2.3.3 数据采集  34
    2.3.4 断面测点及预埋件位置布置  34-35
    2.3.5 埋入式混凝土应变计的安装  35-36
    2.3.6 数据整理及对比分析  36-44
  2.4 本章小结  44-46
第三章道床板混凝土材料性能的试验研究  46-75
  3.1 道床板混凝土基本力学性能  46-57
    3.1.1 原材料及性能  46-49
    3.1.2 混凝土配合比  49
    3.1.3 道床板混凝土的立方体抗压强度  49-52
    3.1.4 劈裂抗拉强度  52-54
    3.1.5 道床板混凝土的弹性模量  54-57
  3.2 道床板混凝土受压应力-应变关系  57-63
    3.2.1 试验方案  57-58
    3.2.2 试验现象  58
    3.2.3 试验结果分析  58-60
    3.2.4 混凝土破坏强度全应力应变分析  60-63
  3.3 道床板混凝土的干缩性能  63-73
    3.3.1 砂浆干缩性能的影响研究  63-67
    3.3.2 混凝土的干缩性能  67-70
    3.3.4 混凝土的干缩数值模型  70-73
  3.4 本章小结  73-75
第四章道床板混凝土抗裂性能评价及分析  75-92
  4.1 道床板混凝土早期开裂的评价  75-78
    4.1.1 混凝土开裂评价试验方案  75-77
    4.1.2 开裂评价方案  77-78
  4.2 道床板混凝土开裂评价试验结果及分析  78-84
    4.2.1 不同强度等级对混凝土早期开裂性能的影响  78-81
    4.2.2 矿物掺合料不同复掺比例对混凝土早期开裂性能的影响  81-84
  4.3 混凝土材料性能对抗裂性能的影响  84-91
    4.3.1 混凝土早期强度与早期开裂的关系  84-86
    4.3.2 早期弹性模量与混凝土开裂的关系  86-87
    4.3.3 早期干缩与混凝土开裂的关系  87-91
  4.4 本章小结  91-92
第五章道床板混凝土开裂有限元分析  92-105
  5.1 道床板混凝土应力场有限元分析条件  92-103
    5.1.1 模拟与计算过程  92
    5.1.2 计算假设  92-93
    5.1.3 单元的选取及参数条件  93-95
    5.1.4 干缩荷载下的应力分析  95-100
    5.1.5 温差荷载作用下的应力分布  100-103
  5.2 本章小结  103-105
第六章结论与展望  105-108
  6.1 全文总结  105-107
  6.2 展望  107-108
参考文献  108-112
致谢  112-114
攻读硕士学位期间主要的研究成果  114-115

道床板混凝土的开裂机理分析

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