PC连续刚构桥悬臂新浇筑混凝土受地震力影响研究讲解

1、分类号 U405 单位代码 10618 密 级 学 号 硕 士 学 位 论 文论文题目：PC连续刚构桥悬臂新浇筑混凝土受地震力影响研究Study on Seismic Behavior of PC. Continuous Rigid FrameBridge With Cantilever Construction Of Pouring Concrete 研究生姓名： 丁春 导师姓名、职称： 刘山洪 教授申请学位门类： 工学 专 业 名 称： 结构工程论文答辩日期： 2013年06月日学位授予单位： 重庆交通大学答辩委员会主席： 评阅人： 2013年06月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声

2、明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论

3、文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要近年来，随着城市化进程的加快和交通建设事业的迅速发展，我国修建了大量的桥梁。桥梁作为重要的社会基础设施，更是生命线的枢

4、纽工程，当地震发生时，一旦建筑物遭到破坏，不仅会给人民的生命财产带来巨大损失，而且使运输物资的交通大动脉中断，给抗震救灾带来巨大困难。2008年我国汶川发生了8.0级的大地震，数万人失去了生命，大量建筑物遭到严重破坏，给国家造成巨大的损失。因此，桥梁的抗震设计越来越受到工程设计人员和专家学者的重视，采取何种减震隔震措施来减小桥梁结构在地震中遭遇的破坏程度成为人们关注的焦点。连续刚构桥因其外形轻巧美观、结构刚度大、变形小、节省材料、造价较低的特点，而被广泛应用。本文对基础减震进行了初步的试验研究，同时以一座典型的连续刚构桥为例，参照最新颁布的公路桥梁抗震细则，对该桥的结构特性进行了分析，采用反应

5、谱法和时程分析法对该桥进行了地震响应分析。具体研究内容如下：较全面地综述了国内外桥梁抗震设计的研究现状，总结了桥梁的主要震害和抗震设计方法的发展历程，并对采用减隔震措施的桥梁的抗震设计方法作了简单介绍；介绍了隔震减震结构的概念和基本原理，总结了国外隔震结构思想的发展历程，并对阻尼器的选取要求进行了介绍，最后介绍了相关的减隔震分析软件；制作了桥墩和桩基础相关模型，对桩基础周围的土体进行换填或置换，并用相关仪器和设备对该模型进行了动力试验，获得了不同换填材料下桩顶和桩底的动力响应，包括加速度时程、位移时程以及桩基础的应力应变。最后分析得出采用何种材料换填，能够达到最好的减震效果；选用大型有限分析软

6、件MIDAS，以一个实际的连续刚构桥为例，建立了全桥计算模型，并进行了自振特性的分析；利用抗震细则提供的设计反应谱，分六种工况对该桥进行了反应谱分析，选用唐山地震某处测得的地震波对全桥进行了动态时程分析；综合比较桥梁基础采用复合地基之后和未换填之前，二者的减震效果，得出桥梁基础采用换填之后，桥梁的抗震能力得到了极大提高。关键词：连续刚构；复合地基；基础减震，隔震；反应谱分析；时程分析；ABSTRACTIn recent years, Along with the accelerated process of urbanization and with the rapid development

7、 of transportation construction,and more as the lifeline of Control Project, When an earthquake occurs, Once the buildings were destroyed, it not only will cause great loss of the peoples life and property, but also interrupt the transport of goods traffic artery, causing great difficulties to the e

8、arthquake relief. In 2008 ,8.0 earthquake occurred in Wenchuan , Tens of thousands of people lost their lives, a large number of buildings were severely damaged, causing huge losses to the state. Therefore, the engineering staff, experts and scholars pay more and more attention to the seismic design

9、 of bridges, what damping isolated measures were taken to reduce the bridge structure to become the focus of attention in the extent of the damage suffered in the earthquake.Rigid frame bridge is widely used because of its thin, light and beautiful, structural rigidity, small deformation, material s

10、avings, lower cost. In this paper, the basic damping preliminary pilot was studied, taking a typical rigid frame bridge as an example, Combined with Guidelines for Seismic Design of Highway Bridge which was enacted in 2008, the structural properties of the bridge and the bridge seismic response were

11、 analyzed using time history analysis, Specific content as follows:First I fully expounds the research of the bridge seismic design at home and abroad, Summarizes the main seismic hazards of the bridge and the course of development of seismic design method，and briefly introduced the seismic design m

12、ethod of bridge which isolation measures were taken.Introduced the isolation damping structure concepts and principles, Summarize the development of isolated structure thought abroad, and the damper selection requirements were introduced, and introduced some isolated Seismic analysis softwares. Prod

13、uced piers and pile foundation model, replaced the soil around the pile foundation, and did the dynamic test of the model using related equipment and facilities, obtained the dynamic response on the top of the pile and the bottom of the pile with different backfilling materials, Included acceleratio

14、n time histories ，displacement time histories and stress-strain of pile foundation, Finally, analysed what material change to fill in to achieve the best damping effect ; Take an actual rigid frame bridge for example,Set up whole bridge calculation model using the large finite analysis software by M

15、IDAS, and analysed the vibration characteristics of the bridge.Do the response spectrum analysis under six working conditions which provided by the seismic detailed rules，did the time history analysis using the seismic waves which measured at somewhere in TangShan earthquakecompared the damping effe

16、ct of the bridge utilizing composite foundation and Not-for-fill-measures foundation comprehensivly ,We come to a conclusion that the seismic capacity of the bridge has been greatly improved after using fill-measures to the bridge.KEY WORDS: continuous rigid frame; composite foundation; foundation d

17、amping and isolation; the response spectrum analysis; time history analysis;目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外新浇混凝土抗震研究现状11.2.1 国外新浇混凝土抗震研究现状11.2.2 国内新浇混凝土抗震研究现状11.3 课题的提出与本文研究内容41.3.1 课题的提出41.3.2 本文研究内容4第二章 新浇混凝土特性概述52.1 新浇混凝土特点52.2 新浇混凝土特性的影响因素52.2.1 混凝土龄期52.2.2 骨料52.2.3 水灰比52.3 新浇混凝土的动力特性52.3.1 新浇混凝土的抗冲击

18、性52.3.2 新浇混凝土的动力性能5第三章 新浇混凝土梁抗震性能室内试验研究63.1 试验研究63.1.1 试验目的和内容63.1.2 试验材料63.1.3 试验配合比设计63.1.4 试件的制作与养护93.1.5 试验方案113.2 试验方法、设备及过程113.2.1 试验设备113.2.2 劈裂试验113.2.3 抗折强度试验113.2.4 立方体抗压强度试验113.3 试验结果及分析113.3.1 劈裂抗拉试验结果及分析113.3.2 混凝土梁抗折试验结果及分析113.3.3 混凝土抗压试验结果及分析113.3.4 试验现象分析113.4 本章小结11第四章 新浇混凝土抗震性能分析研究

19、124.1 新旧混凝土结合面研究124.2 新浇混凝土抗震性能分析124.2.1 计算参数的选取124.2.2 计算结果及分析124.3 新旧混凝土结合面处理技术研究124.4 小结12第五章 结论与展望135.1 结论135.2 展望13参考文献18在学期间发表的论文19科研项目19第一章 绪论 5第一章 绪论1.1 研究背景汶川地震是建国以来震级最大、受灾面积最大的地震，给人民的生命财产造成巨大的损失。汶川地震发生在我国大规模的基本建设时期，在建的工程很多。地震后对于既有建筑物的损伤鉴定，可以遵循有关标准和规定进行，但对于在建工程，地震对新浇注的混凝土的强度和钢筋握裹力的影响却没有明确的定

20、论。鉴于此，研究新浇注混凝土的强度和钢筋握裹力是否受到地震影响，影响程度如何，对于灾后恢复重建具有重大的社会意义和巨大的经济价值，也将为维护灾后社会稳定、恢复灾区人民生产生活信心提供重要的技术支撑。位于四川省西南山区的汉源大树大渡河大桥是一座主桥133m+255m+133m预应力混凝土连续刚构桥，其箱梁采用竖直腹板的单箱单室结构。当5.12汶川地震发生时，该桥正在进行上部结构的施工，地震发生后，该桥继续施工，针对新浇筑、混凝土龄期较短的情况，不能确定该混凝土震后的实际强度，以及如何对这些混凝土进行修补，这给施工技术人员带来了难题。地震前浇筑的混凝土，在混凝土浇筑完成后，混凝土强度尚未达到预期强

21、度前，由于地震的振动影响，是否会造成混凝土强度降低及钢筋与混凝土间握裹力不足等问题，目前国内学术界尚无一致性的看法，研究结果将影响到已经浇筑完成的混凝土是否必须打除的问题1。在预应力混凝土连续刚构桥悬臂现浇施工过程中遭遇强烈的地震作用，已经浇筑完成部分的混凝土强度尚未达到预期强度，地震震动将在一定程度上会造成混凝土损伤，影响新浇筑的混凝土强度以及其与钢筋之间的握裹力。这一问题直接影响到建成后桥梁的安全运营。如何评价地震震动影响的效果是本文的研究重点。1.2 国内外新浇混凝土抗震研究现状1.2.1 国外新浇混凝土抗震研究现状1.2.2 国内新浇混凝土抗震研究现状近年来，随着全球范围内地震活动的日

22、益频繁，建筑物和结构物的抗震能力越来越受到专家学者的重视。然而地震的发生是不确定的，随时都有可能发生。在地震发生之前的某一时刻，对于新浇筑混凝土的结构工程，受震时处于不同的施工阶段，因此对其受震害情况的检测鉴定，就变得尤其重要。尤其是对那些新浇筑混凝土的结构物，当遭遇地震后，如何对其进行评价和处理，更是一项全新的课题。目前针对新浇混凝土受震后如何评价检测的问题，尚没有统一的方案可以实施。如果鉴定过于保守，则给国家造成巨大的经济损失；否则，要保证结构物的工程质量，确保人民的生命财产安全。我国在这一领域研究的课题比较少，但有许多学者做了相关的前期工作。2008年汶川地震发生后，四川省建设工程质量安

23、全监督总站和四川省建设工程质量建设中心的研究人员陶琨和侯汝欣曾做了相关研究。根据汶川地震后成都市区在建工程的调查情况，从混凝土浇筑后至地震发生时的龄期这一因素考虑，来分析探讨新浇筑的混凝土是否能够抵抗地震作用4。通过研究发现，对于特定龄期在3天以内的混凝土，若地震发生时正在浇筑的混凝土，则混凝土与钢筋之间形成很大的滑移，必须对该混凝土进行剔除；对于混凝土龄期达到1天以上的，虽然混凝土的强度没有受到影响，但钢筋与混凝土之间的握裹力无法评价和检测，建议对该部分混凝土进行拆除。特定龄期在3天及其以上的混凝土，则遭遇地震后，对其进行取样检测发现，混凝土强度能够满足要求，无明显震害，对于此部分的混凝土可

24、以继续使用。对与成都市区的新建结构物，当混凝土的特定龄期达到3天时，混凝土的强度已经达到12MPa，遭遇地震时，钢筋与混凝土之间的握裹力未收到影响，工程技术人员可以以此作参考，以判别新浇混凝土或继续使用，或凿除重新浇筑加或加固等相关措施。西南交通大学土木工程学院的韩海玲等人针对地震发生后，新浇筑、养护龄期短的混凝土强度是否满足要求，对此进行了研究。主要通过体式显微镜对混凝土表观和内部结构进行了观测，观测了混凝土内部的缺陷情况，采用非破损方法对混凝土进行了抗压性能测试，获得了应力应变关系曲线，比较了震后混凝土受压破坏性能与未震动混凝土受压破坏性能的差异5，并以此作为依据，进一步分析了影响混凝土强

25、度的因素。最后经过试验验证，当混凝土遭受6-9度地震烈度震动时，经过后期养护到28天，混凝土内部的界面得到很好修复，与同一时期未震动的混凝土强度相当。由成都市质监站、西南交大等单位研究的地震对新浇混凝土强度、钢筋握裹力的影响6课题通过国家专家组鉴定，被确定为达到国际先进水平。该课题研究的内容在国内尚属于空白，国际上相关的可以参考的资料也寥寥可数，课题组全体成员齐心协力，克服困难，历时一年多的时间，终于不负众望完成了课题研究的预定目标。该文章研究得出，模拟地震对混凝土早期强度影响比较明显，有一定的强度损失，但经过28天同条件养护后，其强度能够较好的恢复，基本上和未震动的相同，震动龄期为12h的强

26、度甚至有所提高。其原因可能在于混凝土刚浇筑后，在粗骨料周边的过渡区中出现了泌水，形成了空隙，当混凝土终凝前再次受到震动后，空隙可能被水泥浆体填充，改善了过渡区的情况，因此强度有所提高。台湾地区是我过地震多发地区，早在20世纪九十年代，台湾的相关学者就曾做了相关研究。在集集大地震對結構物之震害及因應對策一文中，交通部台灣區國道新建工局对地震对建筑物产生的震害及应付对策展开了研究。关于地震发生前新浇筑的混凝土是否受地震影响，评估构件是否堪用需要考虑以下因素：（1）混凝土质量的差异性。主要的资料包括混凝土配合比、混凝土浇筑方式、构件的支撑方式、混凝土强度的发展过程等等。综合这些因素的差异性后，初步决

27、定混凝土是否可用，如需作进一步的判别，可用采用钻心取样或者非破坏性检测方法以决定该混凝土构件是否须加以敲除。（2）混凝土构件的位置、重要性。文中并就各种震害提出了相关对策，初步提出对于地震前浇筑的混凝土及钢筋与混凝土间的握裹力是否受地震动影响，应该做出具体的评价分析。具体对策有：（1）应对已经设计和施工的桥梁重新进行耐震能力评价；（2）进行耐震设计时，除了进行延性设计外，应加强多道防落梁措施观念，设计中应设计足够的防落梁长度、防震拉条、止震块、剪力榫使其在地震时防止落梁功能；（3）桥址处采用减震隔震支承以提高桥梁耐震能力；（4）对于地震前浇筑混凝土的强度及钢筋与混凝土间的握裹力是否受地震动影响

28、，应做具体的分析。在水利水电建设过程中，会遇到混凝土爆破与临段混凝土浇筑同时进行的问题。关于爆破震动对混凝土结构的强度是否有影响，相关学者做了研究。在武汉大学陈明的博士论文一文中7，研究发现在爆破振动作用下，新浇筑混凝土内部极易形成大量随机分布的微裂隙，降低水泥与沙石的胶结力，影响胶结强度的正常发展，导致混凝土的抗拉强度和极限拉应变降低。同时还可能导致新浇筑混凝土内部的裂隙增多、扩展，进而降低混凝土的强度和受力性能，严重时可能直接造成混凝土建（构）筑物的破坏。为了保证新浇筑混凝土结构的安全同时又不影响施工进度，如何合理控制爆破振动强度成为水利水电工程建设亟需解决的关键技术问题之一。该文主要根据

29、混凝土的强度准则，研究爆破振动荷载作用下不同新浇筑混凝土结构的损伤破坏机理，以及混凝土温度应力对新浇筑混凝土结构爆破振动安全判据的影响，提出了相应的爆破振动安全控制标准，得出了影响新浇筑基础混凝土爆破安全标准的影响因素及控制标准。西南交通大学的徐明强等人采用了中国核动力院的振动台，采用EI centro地震波时程曲线，分别做了一组新浇混凝土龄期为12h，24h，48h，72h和7d的试块，模拟试件经过地震分别为7度、8度后的钢筋握裹强度。经过对比发现，当混凝土的龄期超过12h后，经过后期的正常养护，经过震动的混凝土钢筋握裹强度与未震动时区别不大，误差在5%以内。考虑到试验误差因素，结果没有太大

30、变化8。1.3 课题的提出与本文研究内容1.3.1 课题的提出混凝土结构在我国得到了快速的发展，广泛应用于祖国的各项建设事业中。目前对混凝土材料性能的研究大多集中在它的静态性能，但混凝土结构在使用的过程中，除了承受正常的静荷载外，还要承受诸如爆炸、冲击、地震等动荷载的作用。尤其是911事件之后，工程结构的抗爆设计引起了广大工程设计者的注意，越来越多的专家把结构承受外荷载的动力性能提上了议事日程。对混凝土结构的动力分析进行全面系统的研究，对正确评价强震作用下，结构的抗震安全度，经济、合理地设计出土木工程结构具有重要的理论意义和工程实用价值，已成为目前研究的热点。混凝土结构的动力分析涉及到三个方面

31、的问题：动力输入（如场地的地震动输入）；结构的动力计算；混凝土材料的动力性能。近年来，随着试验设备和测试技术的发展和提高，使得结构模型动力试验能较为合理地模拟各种影响因素，更真实地反应结构的实际情况；现代力学和计算机技术的发展，结构的动力计算取得了重大进步，日趋成熟和完善。相对而言，对于影响结构抗震安全的关键因素动力输入和混凝土的动力特性研究要滞后很多，进展很小，还存在许多基础性问题需要进一步研究和探讨，已成为公认的结构动力分析的“瓶颈”。本文主要针对新浇混凝土的抗震性能展开研究，对于正在施工的桥梁，当遭受地震时，对于新浇筑的混凝土是否能够继续使用，是否采取补强措施对工程的造价具有重要意义。1

32、.3.2 本文研究内容本文围绕该课题主要做了以下研究：总结了国内外研究的现状，指出该课题研究的理论意义和现实意义；概述了新浇混凝土的特点，对新浇混凝土特性的影响因素如混凝土龄期、水泥品种、配合比、振动强度等进行了概述和总结；制作了混凝土试块，对试块养护1小时、6小时、15小时、24小时、48小时、72小时进行外界扰动和振动，然后正常养护到7天和21天，与正常的未经过外界扰动的试件作对比，比较二者的抗压强度，得出当混凝土试件处于何种龄期段时外界扰动对其强度的影响最明显；制作了混凝土试件，对试块养护6小时、15小时、24小时进行外界扰动和振动，然后正常养护到7天和21天，与正常的未经过外界扰动的试

33、件作对比，比较二者的抗折强度，得出当混凝土试件处于何种龄期段时外界扰动对其强度的影响最明显；通过软件模拟了一个内部存在的微小裂缝试件，当遭受动力荷载作用时，其强度的变化。第二章 新浇混凝土特性概述 13第二章 新浇混凝土特性概述2.1 新浇混凝土特点新浇筑的混凝土有以下几个特点：极低的强度。混凝土灌浆料在浇筑后相当一段时间内，由于结构刚刚形成，这种结构是极不稳定的，很容易破坏。因此，新浇筑的混凝土灌浆料强度很低。这意味着混凝土灌浆料抵抗各种应力作用的能力极弱。非常大的湿度。刚浇筑的混凝土高强灌浆料，可以说完全处于一个饱水状态，与环境形成了较大的湿度差。而且由于胶凝材料的水化程度较低，化学结合水

34、和凝胶水较少，而毛细孔水较多。因此，新浇筑的混凝土灌浆料很容易失水，而且在相同的环境条件下失水量较大，容易产生较大的收缩。不稳定的温度。新浇筑的混凝土灌浆料正处于胶凝材料大量水化时期，胶凝材料的水化反应是一个放热反应，大量的水化必将伴随着大量的热量释放，因而可能导致混凝土灌浆料较大的温度变化。2.2 新浇混凝土特性的影响因素2.2.1 混凝土龄期混凝土强度与温度和龄期增长曲线图如下图所示。温度、龄期对混凝土强度影响参考曲线图温度、龄期与混凝土强度关系综合参考图32. 5 级水泥混凝土早期强度龄期参考曲线 2.2.2 水泥品种2.2.3 配合比2.2.4 振动强度振动的强度对新浇混凝土的强度有重

35、大影响。2.3 新浇混凝土的动力特性2.3.1 新浇混凝土的抗冲击性2.3.2 新浇混凝土的动力性能混凝土在早期阶段，在2天及2天以前，通常处于性质变化较为剧烈的阶段。对于处于这一时期的混凝土，当受到地震作用的振动、基岩爆破、施工机械的振动等动力作用后，由于此时的混凝土强度较低，因此混凝土的强度会受到剧烈的变化，关系到混凝土工程质量能否合格。设D为损伤因子，K为损伤模量，为有效应力，设损伤率方程式用以下线性关系表示 （2.1）未损伤截面应力与的关系为 （2.2）根据文献9，在16小时以后，混凝土应力应变曲线具有正常特征状态，故可近似地用一般应力应变曲线公式来表达，利用应变等价性假设，取关系为：

36、 （2.3）式中，为混凝土损伤有效强度，为损伤应变，为混凝土达到极限强度时的应变值，将方程2.1和2.3代入2.2得， （2.4）在公式2.4中，含无量纲 （2.5）混凝土受损表面丧失承载力条件为 （2.6）则有 （2.7）式中， （2.8）与为临界状态的应力与应变。由2.7式，得到临界损伤因子为 （2.9）从损伤理论有， （2.10）式中，与分别为损伤与未损伤弹性模量，与为受损混凝土与未受损混凝土的超声波波速。设允许损伤的损伤因子为0.025，则允许的超声波波速比值为，即波速比值大于0.9874时，即认为混凝土已有损伤。2.4 混凝土的初凝和终凝时间凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间为

37、水泥加水拌合起，至水泥浆开始失去塑性所需的时间。终凝时间从水泥加水拌合起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥凝结时间在施工中有重要意义，初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。2.4.1 混凝土的特定龄期本文提到的混凝土的“特定龄期”，是混凝土浇筑后至地震发生时的龄期。即至地震发生时，混凝土浇筑的时间长短。2.4.2 初凝时间硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；普通水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。水泥初凝时间不合要求，该水泥报废；终凝时间不合要求，视为不合格。混凝土的初凝时间一般是根据水泥品种而定，基本没有统一的时间，但

38、是有个大致范围就是2-3小时。如果加入早凝剂，初凝时间大致可以缩短到半小时；如果加入缓凝剂，初凝时间可以延长到5-10小时。具体的初凝时间一般由试验决定，而且是每家工厂的每一批水泥都要做试验。为保证水泥浆在工程施工中有足够的时间处于塑性状态，以便于操作使用，国家标准规定了水泥的最短初凝时间；为使已形成工程结构形状的水泥浆尽早取得强度，以便能够承受荷载，国家标准规定水泥终凝时间不得迟于规定的时间。 从水泥浆体结构的形成过程可知，必须使水化产物长大、增多到足以将各种颗粒初步联接成网，形成凝聚结构，才能使水泥浆体开始凝结。从水泥浆体的流变特征看，必须将外力增加到一定程度，所产生的剪应力将形成的网状结

39、构拆散，才能使浆体流动。通常将拆散网状结构所需的剪应力称为“屈服值”。水泥拌水后，屈服值立即随水化的进展而提高，然后变慢，接着再以更快的速度上升。一般认为，开始的屈服值提高是由于快速形成了钙矾石；水泥中如有半水石膏存在，还会有二水石膏形成的原因。至于屈服值的第二次快速上升则归结于硅酸三钙强烈水化所形成的C-S-H。所谓“初凝时间”实际上相当于屈服值提高到某一规定数值，即将开始第二次快速上升的时间。由此可以表明，初凝时间既决定于铝酸三钙和铁相的水化，也与硅酸三钙的水化密切相关；而初凝到终凝的凝结阶段则主要受硅酸三钙水化的控制。水泥试验条件规定如下：试验室温度应为1725，相对湿度大于50；养护箱

40、温度为201；水泥试样、标准砂、拌和水及试模的温度均应与试验室温度相同；试验用水须为洁净的淡水。（1）国家标准规定水泥初凝时间不得早于45min，一般为13h；终凝时间不得迟于12h，一般为58h。（2）测试方法是在水泥中加入标准稠度的用水量，制成净浆试模，由加水时起，至凝结时间以测定仪的试针沉入净浆中距底板0.51.0mm的时间为初凝时间，至试针沉入净浆中不超过1.0mm的时间为终凝时间。2.4.3 终凝时间混凝土的终凝时间从水泥加水拌合起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。混凝土凝固时间一般称养护时间，以天为单位又称龄期。混凝土的强度随养护时间的增加而不断增长，呈曲线关系。14

41、天以前，曲线较陡，14天以后曲线开始变得平缓，28天以后曲线更加平缓。就是说混凝土随养护时间的延长，强度不断地增长，开始较快，以后则渐缓，大约在23年以后，强度才停止增长。混凝土强度的增长不仅与养护时间有关，还与水泥的品种、养护条件、环境温度有很大的关系。如使用425号普通硅酸盐水泥配制的混凝土在自然条件下养护，环境温度20时，7天可达到设计强度的60%，28天可达到设计强度的95100%；而在环境温度10时7天只能达到设计强度的45%左右，28天也只能达到设计强度的80%左右。在负温度的条件下，只要混凝土受冻前强度已达到设计强度的30%以上，混凝土的强度也能增长，但增长较慢。水泥从加水拌和后

42、45分钟到1小时，水泥的凝胶开始凝结，这时简称初凝；至拌和后12小时，水泥凝胶的形成大致终了，这段时间称为终凝。但这时所形成的水泥凝胶还处在软塑状态中，还需要等几小时以后，才能逐渐硬化，变成固体状态。一般把水泥拌和后由流动状态失去可塑性变为固体状态的这段时间称为“凝结过程”，而把以后逐渐产生强度的时间称为“硬化过程”。水泥浆在初凝之前具有一定的流动性，在这段时间里宜进行运输、浇灌、捣固等工作。自初凝到终凝以前，它的流动性逐渐消失，如再经振动，则已凝结的胶体还能闭合，但自拌和后6小时（即近于终凝时）至8小时，它已丧失流动性，不具备强度，遇有损伤则不能自行闭合，所以不能承受外力，在这段时间内必须加

43、强养护，保证其强度的稳定发展。2.5 水泥凝结时间的测定2.5.1 实验目的测试水泥标准稠度净浆凝结时间2.5.2 实验原理水泥凝结：水泥和水以后，发生一系列物理 与化学变化，随着水泥水化反应的进行，水泥浆体逐渐失去流动性、可塑性，进而凝固称具有一定强度的硬化体，这一过程成为水泥的凝结。水泥凝结时间，在工程应用上需要测定其标准稠度净浆的初凝时间和终凝时间。凝结反常：有两种不正常的凝结现象，即假凝（粘凝）和瞬凝（急凝）。假凝特征：水泥和水后的几分钟内就发生凝固，且没有明显的温度上升现象；瞬凝特征：水泥和水后浆体很快凝结成为一种很粗糙、和易性差的混合物，并在大量的放热情况下和凝固。2.5.3 实验

44、器材天平、水泥净浆搅拌机、维卡仪、养护室。维卡仪2.5.4 实验步骤测定前准备工作：调整凝结时间测定仪，使试针接触玻璃板时，指针对准零点。试件的制备：以标准稠度用水量制成标准稠度净浆一次装满试模，振动数次刮平，立即放入湿气养护箱中。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。初凝时间的测定：试件在湿气养护室中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝1s-2s后，突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净降。观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。当试针沉至距底板4mm1mm时，为水泥达到初凝状态；由水泥全部加入水

45、中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间。终凝时间的测定：为了准确观测试针沉入的状况，在终凝针上安装了一个环形附件。在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护，临近终凝时间时每隔15min测定一次，当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的终凝时间。第三章 新浇混凝土梁抗震性能室内试验研究 27第三章 新浇混凝土梁抗震性能室内试验研究3.1 试验准备工作3.1.1 试验目的和内容本文试验目的：研究混凝土试块在不同特定振

46、动龄期下，振动龄期对试块抗压强度的影响，探讨哪一个时间段的振动龄期对混凝土强度的影响最大；研究混凝土试件在不同特定振动龄期下，振动龄期对试块抗压强度的影响，探讨哪一个时间段的振动龄期对混凝土强度的影响最大。3.1.2 试验材料在本试验中，主要是用来制作混凝土试块，比较试块在不同的震动龄期下，试块的承载能力。混凝土原材料的选择必须要满足一定的要求：（1）保证混凝土的强度；（2）就地取材；（3）符合工程性能、水文条件、气象的要求。制作本次试验模型所用的主要材料包括：石子、中砂、水泥、水，还添加了速凝剂。水泥：重庆腾辉地维水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥。其主要化学成分及物理力学性能见表3.1、3

47、.2。中砂：细度模数2.5，堆积密度1750kg/m3、含水率0.5%。石子：表观密度2.642.68g/cm3，压碎指标10.1；选择的粒径为520mm。水：水的质量应符合国家标准的饮用水。表3.1 地维42.5普通硅酸盐水泥的化学成分Table 3.1 The chemical composition of The Land vascular 42.5 ordinary portland cemen氧化物SiO2FeO3Al2O3TiO2CaOMgOSO3MnO烧失量含量（%）21.533.816.330.5258.903.032.051.742.09表3.2 地维42.5普通硅酸盐水泥物

48、理性能Table 3.2 The physical properties of The Land vascular 42.5 ordinary Portland cement水泥品种0.08mm筛余量%标准稠度用量（%）凝结时间min安定性抗折强度MPa抗压强度MPa初凝终凝3d28d3d28d地维普硅42.5R3.226.8130195合格6.08.428.2453.1.3 试验仪器设备混凝土标准养护箱：江苏无锡华南实验仪器有限公司制造，SBY35型；抗压强度试验仪器：液压式压力试验机，YE1000，中英合资浙江竞远机械设备有限公司（金华市试验机总厂）；抗折强度试验仪器：长春试验机场制造的液

49、压式万能试验机，型号：WE-10A；规格：最大荷载10t；出厂编号：W8-1810，1982年2月。试验设备见图3.1图3.3。 图3.1 混凝土标准养护箱 图3.2 液压式万能试验机Figure 3.1 Concrete standard maintenance box Figure 3.2 Hydraulic Universal Testing Machine图3.3 液压式压力试验机Figure 3.3 Hydraulic pressure testing machine3.2 试件的制作和养护试件的制作包括100100100的试块制作和100100400的试件的制作。其中混凝土试件的制

50、作和养护参照规范普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T500812002。混凝土配合比是影响混凝土强度的主要因素，在制作混凝土试块和试件之前首先进行配合比的设计计算。3.2.1 试验配合比设计在进行试验模型的制作之前，应首先对混凝土试件进行配合比设计的计算。混凝土配合比设计就是根据工程设计与使用要求、原材料的品种与技术性能、施工条件等，设计出满足和易性、强度、耐久性以及经济性要求的混凝土中各组成材料的用量之比。土木工程中所使用的混凝土必须满足以下5项基本要求：（1）满足施工规定所需的和易性要求；（2）满足设计的强度要求；（3）满足与使用环境相适应的耐久性要求；（4）满足业主或施工单位渴望的经济

51、性要求；（5）满足可持续发展所必需的生态性要求。混凝土配合比设计，实质上就是确定水泥、水、砂和石子这四种组成材料的用量，为此必须建立4个表示已知量和未知量之间的关系式。试验得出的混凝土组成、性能与组成材料的特性间存在以下5个基本关系：（1）恒定用水量法则：拌合用水量取决于混凝土拌合物的活易性、骨料品种和最大粒径；（2）鲍罗米公式：混凝土抗压强度与水灰比、水泥品种和强度等级间的关系；（3）水灰比定义式：水灰比是拌合用水量与水泥用量之比；（4）砂率定义式：砂率是沙子用量与骨料总用量之比；（5）质量或体积守恒原理：1m3混凝土的总质量等于各组成材料用量之和，或1m3混凝土中各组成材料和空隙的体积之和

52、等于1m3。根据混凝土拌合物活易性的要求、设计强度等级、所选水泥品种与强度等级以及骨料特性，通过上述前2个基本关系，可以分别求出用水量与水灰比。因水灰比还受混凝土耐久性的限制，而混凝土耐久性与其服役环境条件有关，因此，需根据混凝土耐久性设计要求，校核并选定水灰比。再根据后3个基本关系和确定的水灰比，就可以分别计算水泥、砂子和石子的用量。在本试验中，初始配合比的计算方法如下：确定单位用水量本试验中设计的混凝土坍落度为3550mm，中砂，石子粒径为520mm，Dmax=20mm，由普通混凝土配合比设计规程（IJG/T2000）中的相关规定查表3.5得出，单位用水量为195kg/m3。表3.3 干硬

53、性和塑性混凝土的用水量（kg/m3）Table 3.3 The water consumption of Dry hard and plastic concrete拌合物稠度卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目指标102031.540102031.540维勃稠度（s）16201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165坍落度（mm）1030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195计算配置强度由表3.4，当混凝土强度等级为C40时，取=5.0MPa。表3.4 取值Table 3.4 Selection of 混凝土强度等级 C35标准差（MPa）4.05.06.0由公式