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粉末混凝土的整体性探究

文章出处:责任编辑:发表时间:2020-09-02【

活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,RPC)材料作为一种新型的水泥基复合材料,具有高强度、高韧性、高耐久性、良好的经济性能和环保性能等特点,比普通的高强混凝土具有更大的优越性。

粉末混凝土的整体性探究

RPC材料的出现为铁路桥梁向轻质、大跨方向发展提供了可能。目前RPC已成为国际工程材料领域一个新的研究热点,但我国对RPC的研究仅限于材料性能阶段,对RPC在结构设计和应用方面的研究较少。针对这种现状,笔者尝试性地对RPC应用于铁路预应力桥梁时的结构设计以及受力情况进行了研究。

1有限元模型的建立1.120m跨度RPC预应力T梁尺寸参数RPC预应力T梁结构采用跨度20m铁路低高度后张法预应力混凝土标准梁(图号:专桥(02)2061-),梁高1.35m,高跨比h/L=1.35/20=1/14.8.

跨中至距梁端3.55m截面范围内的梁段腹板厚0.18m;距梁端0.87m长度范围内的梁段腹板厚1.06m(腹板与梁下缘等宽),中间2.68m范围内梁段腹板厚度从0.87m到1.06m线性变化。

梁肋中心距1.8m,共采用5个横隔板横向连接。每片梁布置6束6-75钢绞线,14根25非预应力钢筋。具体尺寸如所示。

1。2基本数据梁计算跨度L=20m,梁全长L0=20。6m,梁高h=1。35m,直线梁。

恒载:自重:单片梁重658.4kN,载荷取值q1=658.4/20.6=31.96kN/m;道碴及线路设备:道碴槽宽3.9m,轨底至梁顶按0.6m设计,二期恒载取值q2=22.84kN/m(单片梁).

活载:列车竖向活载纵向计算采用中活载普通活载。活载冲击系数为1.24。

1.3各项设计参数(1)RPC:密度:=26kN/m3;抗压强度等级:fcu.k=120MPa;抗压极限强度:fc=80MPa;抗拉极限强度:fct=12MPa;弹性模量:Ec=4.8104MPa.

(2)预应力钢筋(75钢绞线):单束面积:Ay=142.99mm2;预应力钢筋抗拉强度标准值:fpk=1860MPa;预应力钢筋抗拉计算强度:fp=0.9,fpk=预应力钢筋弹性模量:Ep=1.95105MPa;钢铰线与RPC的弹性模量比n=Ep/Ec=4.0625.

(3)普通钢筋(HRB335钢筋):钢筋抗拉强度标准值:fsk=335MPa;钢筋抗拉计算强度:fs=335MPa;钢筋弹性模量:Es=2.0105MPa;钢筋与RPC的弹性模量比:n=Es/Ec=4.1667.

(4)主要设计指标:

钢绞线:控制应力值:con0.75fpk;最大应力值:p0.65fpk。RPC:最大压应力值:c0.75fc;最大拉应力值:ct0.70fct。荷载作用阶段:钢绞线:最大应力值:p0.60fpk。RPC:最大拉应力值:c0.50fc;最大压应力值:ct0.70fct;最大主拉应力值:tp0.70fct;最大剪应力值:c0.170fc。

1.4实体建模实体建模包括混凝土主筋和预应力钢筋3部分。

混凝土采用SOLIDE45单元,主筋和预应力钢筋采用LINK8单元。由于需要对RPCT梁的端块局部应力进行后续研究,对端块网格划分相对细一些。沿梁纵向:跨中以482mm为一单元,变截面处以134mm为一单元,端部以87mm为一单元,端块横截面共划分出554个单元,端块单元采用尺寸约50mm50mm87mm,其中腹板划分相对较密,主要是考虑其与弯起的预应力筋的更好耦合。所有网格划分以循环命令控制。采用约束支座尺寸范围中心线上的节点来模拟简支支座。

2计算结果分别对梁在传力锚固阶段和荷载作用阶段2种工况下进行受力计算,结果如所示。

3结果分析根据ANSYS运算结果,分别对梁在传力锚固阶段和荷载作用阶段的整体受力性能进行分析,结果。

由数值可知,对于跨中各特征值,ANSYS计算值与初等梁理论计算值基本相符,此外,根据ANSYS计算结果,箱梁最大主拉应力值发生在预应力钢筋锚固处,其值超过了8.4MPa的容许值,这个值的产生是由于建模过程中耦合法无法模拟锚固端垫块及锚下加强螺旋筋的真实情况造成的,实际工程中锚固端有内置的螺旋钢筋以及锚下垫块,很大程度上分散了锚固处的应力集中并且承担了大部分的主拉应力,一般不会在锚固处出现主拉应力的问题。

4结语用RPC替代普通混凝土用于铁路预应力简支T梁,通过建立ANSYS有限元模型进行计算,得出了梁在传力锚固阶段和荷载作用阶段梁的整体性能均能满足要求的结论,可为RPC今后在结构领域方面的应用与研究提供参考。

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