【摘 要】
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超高性能混凝土(UHPC)的超强性能在高温蒸养后能进一步提升,因此非常适合用于预制结构。UHPC预制管混凝土柱(CFUT)是在预制的UHPC管内现浇混凝土形成的一种新型组合结构,研究表明该结构力学性能和耐久性能俱佳,应用前景广阔。然而,蒸养后的UHPC几乎不产生后期收缩,徐变系数也很小,与普通混凝土(NC)差异较大。由于收缩徐变特性的差异,在长期荷载作用下,UHPC-NC组合结构会产生内力重分布,
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超高性能混凝土(UHPC)的超强性能在高温蒸养后能进一步提升,因此非常适合用于预制结构。UHPC预制管混凝土柱(CFUT)是在预制的UHPC管内现浇混凝土形成的一种新型组合结构,研究表明该结构力学性能和耐久性能俱佳,应用前景广阔。然而,蒸养后的UHPC几乎不产生后期收缩,徐变系数也很小,与普通混凝土(NC)差异较大。由于收缩徐变特性的差异,在长期荷载作用下,UHPC-NC组合结构会产生内力重分布,对长期性能有一定影响。为研究CFUT结构的收缩徐变性能和内力重分布规律,首先开展了 NC、UHPC以及CFUT的收缩徐变试验,明确了三类试件的收缩徐变规律。为进行后续理论及有限元分析,通过对比选取了准确度最高的预测模型。其次,通过理论推导得到了 CFUT中核心混凝土的应力状态计算方法,在此基础上基于AEMM法推导了 CFUT收缩徐变理论计算公式。然后,利用有限元软件ANSYS对收缩徐变试验进行了数值模拟,并进行了参数分析,探讨了配筋率、UHPC面积占比、加载龄期和核心混凝土的应力等级对CFUT长期性能的影响。最后,基于一实际工程设计了 UHPC预制管的应用方案并进行了分析。得到的主要结论如下:(1)试验结果表明,UHPC预制管组合柱(S-CC、C-CC)的徐变及其核心混凝土的收缩均明显小于NC柱(S-NC、C-NC)。S-CC收缩应变约为S-NC的61.9%;加载后433天C-CC名义徐变系数约为C-NC的36.0%。(2)试验测得的收缩、徐变应变发展曲线总体呈现出早期快后期缓的趋势,且受环境温湿度影响较明显。选取的B3模型对于混凝土收缩徐变的预测效果较好。(3)通过理论公式和有限元计算了配箍预制管对核心混凝土的紧箍力,明确了 CFUT中核心混凝土的应力状态及按单轴应力状态分析的徐变计算方法。(4)利用有限元和理论公式计算了试验模型的长期应变,两种方法得到的结果均与试验值吻合良好,表明了收缩徐变的有限元模拟方法以及理论公式的正确性。同时分析了内力重分布引起的NC、UHPC应力变化规律。(5)参数分析结果表明,随着配筋率、UHPC面积占比增加,CFUT的长期应变、徐变系数以及NC的应力均减小。配筋率从1%增加至5%,徐变系数比不配筋时降低了 6.5%~25.9%;UHPC面积占比从10%增加至50%时,徐变系数依次降低18.0%~53.9%。加载龄期对CFUT长期性能的影响在龄期较小时更为明显,加载龄期从7天增加至28、90天时,应变终值分别降低了 5.9%、15.0%,内力重分布的程度也随之降低。应力等级增加,内力重分布程度降低,但不影响徐变发展的速率,徐变与应力在应力较小的时候近似成线性关系。(6)将UHPC预制管应用于高墩桥梁,形成组合桥墩,能有效减少各个施工阶段桥墩的变形。相比普通桥墩,组合桥墩的墩顶竖向位移在主梁施工期间减小了 27.9%,成桥后至十年末期间降低了 8 1.3%,中跨跨中的长期下挠有所减小。
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