《基於可靠度理論的超高索塔混凝土結構抗裂度設計》是依託東南大學，由武勝萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於可靠度理論的超高索塔混凝土結構抗裂度設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：武勝萍
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
超高索塔塔身、橫樑和上塔柱索塔錨固區均屬於易開裂的結構部位，開裂後的修補工作難度大。同時，隨著索塔高度的增加，混凝土結構面臨的環境溫度、相對濕度、風速和外部荷載等變化複雜，結構混凝土的性能評估以及混凝土結構的抗開裂度評價難度增加。所以，本項目擬以“結構設計-材料設計”為主線，研究溫度-濕度-約束多場耦合作用下高性能混凝土的形變數值計算模型，基於可靠度理論，建立高性能混凝土開裂準則、開裂機率分析模型以及混凝土結構抗裂能力評價模型，提出混凝土結構抗裂評價指標。根據超高索塔混凝土結構所處的環境作用等級、荷載條件、服役壽命要求以及裂縫寬度對混凝土耐久性的影響規律，界定索塔錨固區、橫樑以及大體積承台等混凝土結構的開裂機率和抗裂指標的可靠度，提出在不同約束條件下混凝土材料的開裂應力和開裂應變的設計指標。
結題摘要
懸索橋是目前世界上跨越能力最強的橋型，隨著橋樑跨度的延長，索塔高度不斷增加。超高的索塔結構施工難度高，環境條件隨高度不斷變化，且結構開裂後難以維修，導致耐久性難以保障。高性能混凝土兼顧優異的強度和耐久性已經開始在重大工程中套用。然而，高性能混凝土較低的水膠比，較高的膠凝材料用量，導致混凝土自收縮增大，水泥水化放熱量增加，加大了混凝土結構的開裂風險。合理的設計和最佳化高性能混凝土是促進其工程更廣泛套用的必要措施。 本課題以“結構設計-材料設計”為主線，基於可靠度理論，建立了高性能混凝土開裂準則分析模型以及混凝土結構抗裂能力評價模型，提出混凝土結構抗裂評價指標，提出材料性能指標指導材料設計，得到以下結論：(1) 建立了高性能混凝土水化-溫度-濕度-約束度多場耦合作用機制，及多場耦合作用下高性能混凝土力學特性、形變的理論計算模型。對無外荷載作用下超高索塔混凝土結構在水化-溫度-濕度-約束多場耦合作用下的開裂風險進行了分析。根據模型對索塔塔座和下塔柱的抗裂度分析表明，節段施工過程中已澆混凝土限制了新澆混凝土散熱過程，最大溫度應力出現在新澆築層頂部，塔柱壁厚不大於1.2m時，混凝土表面最大應力約為3.5MPa，而當壁厚超過1.2m時，如1.8m厚塔壁表面最大應力高達4.9MPa，混凝土裡表溫差導致開裂風險大大增加。而水化熱調控型抗裂劑摻入後，水化放熱速率峰值降低了50%以上，合理控制配合比、摻合料和外加劑可以有效減小索塔混凝土內部應力，降低開裂風險。(2) 計算得到外荷載作用下超高索塔的應力分布，根據風作用對混凝土收縮影響的實驗研究，建立了引入風作用因子的混凝土收縮模型。基於可靠度理論，在超高索塔混凝土抗開裂的有利因素和不利因素間，建立了混凝土開裂風險評價模型，得到索塔上塔柱交匯處在風作用下混凝土收縮值增加了14.6%，根據可靠度指標提出了混凝土28天抗拉強度需達到4.54MPa，收縮值不大於283με的設計目標。
