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钢纤维自应力混凝土变形性能及复合管道的有限元分析

秦娟  
【摘要】:钢衬钢筋混凝土压力管道是新近发展起来的水电站重要结构物,其优良的受力性能使其具有广阔的应用前景。这种管道的设计原则是在工作内水压下外包混凝土层开裂以便充分发挥钢筋和钢衬的作用,从而就带来了混凝土裂缝控制问题。钢纤维混凝土和自应力混凝土都是具有很高抗裂度的高性能混凝土,将钢纤维自应力混凝土这种新材料应用到钢衬钢筋混凝土压力管道的混凝土外包层中,利用钢筋与钢纤维双效限涨作用,提高混凝土的自应力,提高管道的抗裂性能,是一种新材料在新结构中的应用。 但是目前对于钢纤维自应力混凝土长期性能的研究较少,而对于混凝土压力管道来说,材料的长期性能至关重要。本论文通过试验,研究了钢纤维自应力混凝土与配筋钢纤维自应力混凝土的长期变形性能,试验表明,随着龄期的增长,试件的膨胀变形有一定程度的回缩,但其值较小,且一年龄期时基本达到稳定,即自应力混凝土的自应力不会随着时间的推移而逐渐丧失,其长期体积稳定性和自应力的稳定性是可以保证的。由试验数据通过回归给出了配筋钢纤维自应力混凝土膨胀变形阶段与失水收缩阶段的双曲线计算公式,以及各因素影响系数的建议值。并给出利用干缩变形计算自应力损失的公式。为此种结构的设计提供依据。 钢衬钢筋钢纤维自应力混凝土压力管道的设计原则是在工作内水压下不开裂,因此其开裂荷载是关键的设计参数,本文结合此种结构的特点,应用有限元法进行分析,建立了模型,求得其初裂荷载以及钢材的应力,并与试验结果以及解析公式所得结果进行比较,验证了所建模型是正确的,并且指出,采用经验公式ε_f~(管道)=(0.4~0.5)ε_f~(小试件)来求管道的有效膨胀变形值ε_f~(管道)时,对于圆形管道,建议系数取值适当降低,而对于马蹄型管道,则应取系数的上限值。从而给出了钢衬钢纤维自应力混凝土压力管道的有限元分析方法。


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