周期荷载作用下钢筋混凝土结构徐变规律研究

作     者：李清池 

作者单位：中国铁道科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：胡所亭

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：徐变 周期荷载 温度荷载 徐变恢复 钢筋混凝土结构 轴向受力 底座板 

摘      要：徐变效应是混凝土材料的固有特征,准确计算混凝土结构在长期荷载作用下徐变效应,对于结构的受力和变形具有重要意义。在实际工程中由于地球年温差和日温差的存在,大量混凝土结构承受周期性温度荷载,进而引起一系列结构温度附加受力效应。以CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板为代表,在年周期升降温荷载下,底座板因结构两端固结从而承受长期周期性轴向拉压荷载,其受力反应受混凝土徐变效应影响。前期德国与我国对底座板纵向刚度研究过程中,仅考虑了底座板在短暂荷载施加下的受力反应。我国现行铁路轨道设计相关规范中未明确包含徐变计算内容,我国铁路桥涵设计相关规范仅在预应力损失章节对徐变系数取值给出规定。论文从周期性温度荷载作用下结构的徐变效应研究展开,查阅现有徐变研究资料,分析研究过程中的关键问题,开展研究工作。针对轴向受力这一相对简单的结构受力类型,选取轴向受力钢筋混凝土结构为研究对象。分析并推导出周期荷载下钢筋混凝土结构徐变计算方法,开展周期外力荷载徐变试验,分析周期性温度荷载下结构的受力反应差异性,最后得到周期性温度荷载作用下钢筋混凝土结构的徐变发展规律及结构的受力反应特征。论文的研究成果能为周期荷载作用下钢筋混凝土结构考虑徐变效应的受力计算方法建立一定理论基础,为CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板在年周期温度荷载作用下的徐变效应影响提供参考,对底座板设计、建造、维护具有一定理论指导意义。主要内容:（1）理论方法研究。计算分析国内外经典徐变模型受各影响参数的敏感性,分析现有徐变计算理论并进行选择,推导并提出变荷载作用下钢筋混凝土结构的徐变计算理论公式及方法。（2）试验研究。开展素混凝土结构徐变恢复试验、钢筋混凝土结构恒力加载试验及周期性变力加载试验,验证理论计算方法,得到短周期外力作用下结构徐变发展规律。（3）理论应用。建立年周期性升降温荷载下京津城际铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板的模型工况,分析并总结多周期温度荷载作用下底座板的徐变发展及受力反应规律。主要结论:（1）模型参数分析内容国内外不同模型考虑内外因素对徐变系数的影响程度不同;不同材质、理论厚度、加载龄期、环境温湿度理论上均对徐变系数有较大影响。（2）理论计算方法及试验研究内容（1）混凝土在卸荷之后的徐变恢复规律满足叠加原理;周期性变化外力荷载徐变试验中,推导的理论计算公式对实测徐变发展能起到一定预测作用,且精度较好。（2）相较于其他规范,以CEB-FIP2010模型为支撑的叠加法计算理论,对徐变恢复阶段的预测精度较高;CEB-FIP2010模型高估了加载后短期内的徐变速率,低估了后期徐变发展速率;铁路桥涵混凝土结构设计规范对本试验C30混凝土徐变预测偏差较大。（3）理论应用内容（1）在京津城际铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道所处的年周期性温度荷载工况下,由于徐变效应的影响,底座板每年的最大压应力逐年减小。自锁定温度后的第14年时（当前年份）,考虑徐变效应时底座板的最大压应力是不考虑徐变效应时的57.22%,第60年为28.27%。（2）由于徐变效应的影响,底座板每年处于裂缝张开状态的持续时间逐年增长。第1年底座板首次开裂,考虑徐变效应时裂缝张开持续时间比不考虑徐变效应时更短;自第2年至第60年底座板重复开裂,考虑徐变效应时的裂缝张开持续时间比不考虑徐变效应时更长。第60年时,不考虑徐变效应的裂缝张开持续时间为223d,考虑徐变效应的裂缝张开持续时间为290d。创新点:（1）在对钢筋混凝土结构的徐变效应计算中,进行了钢筋修正和温度修正,并设计变力荷载徐变试验验证理论计算方法的合理性;（2）将钢筋混凝土结构徐变计算方法运用到CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板结构的受力计算中,研究了底座板在年周期温度荷载作用下的徐变效应影响问题。