在我国,斜拉桥的建设兴起刚刚近三十年,混凝土斜拉桥的裂缝既有一般混凝土结构的共性,又因其结构和施工特点而存在特殊性,我国在混凝土索塔等关键构件上还缺乏系统的裂缝控制研究。本研究项目以忠县长江公路大桥为依托工程,对斜拉桥索塔节段,采用理论分析、仿真分析和现场试验相结合的方法进行裂缝控制研究。主要研究工作和取得的成果如下:(1)斜拉桥索塔节段混凝土典型裂缝调研与分析分析一般混凝土结构裂缝的基本类型;进而通过调研,总结了斜拉桥索塔混凝土的典型裂缝形式;分析混凝土开裂的相关影响因素。(2)斜拉桥索塔节段混凝土早期应力场分析研究①分析混凝土时变因素,包括混凝土的弹性模量、徐变等;进而探讨计入时变因素时斜拉桥索塔节段混凝土的早期应力分析实用计算方法。②由温度场理论入手,通过推导、求解热传导偏微分方程分析水化热作用第一、第三类边界条件下索塔节段的温度分布,给出了代表性的沿构件厚度随时间变化的温度分布函数表达式;分析得到不同条件下索塔节段的温度分布情况,以用于温度应力分析。③分析结构中基本杆件的温度应力计算公式,在此基础上,根据对斜拉桥索塔节段混凝土水化热温升及降温时的温度分布研究,对索塔节段的温度应力特点进行分析,提出温度裂缝控制的对策措施。④分析混凝土收缩类型及相应裂缝成因,通过混凝土的水分扩散理论建立和求解一维水分扩散方程;通过对斜拉桥索塔节段混凝土不同构件形式的分析,确定相应的收缩应力计算公式,进而分析混凝土干缩的影响及对策措施。⑤以忠县长江大桥为依托工程进行测试试验。在索塔研究节段埋设温度、应变传感器,测试在混凝土浇筑后一段时间内索塔节段的水化热温升和应力;了解实际水化热温升及温度应力的特点;进行试验数据与计算分析结果对比分析。(3)斜拉桥索塔节段混凝土后期应力场分析研究①由温度场理论入手,通过推导、求解热传导偏微分方程分析环境降温时第一、第三类边界条件下索塔节段的温度分布特点,给出了代表性的沿构件厚度随时间变化的温度分布函数表达式;分析得到不同条件下索塔节段的温度分布情况,以用于温度应力分析。②分析结构中基本杆件的温度应力计算公式,根据对斜拉桥索塔节段混凝土水化热温升及降温时的温度分布研究,对索塔节段的温度应力特点进行分析,提出温度裂缝控制的对策措施。③对后期外荷载作用下的受力状态进行仿真分析,分析外荷载作用下索塔节段的应力情况,判定是否会引发裂缝,从而验证结构设计的安全性和合理性。(4)斜拉桥索塔节段混凝土综合防裂控制方法研究分析总结了典型斜拉桥索塔裂缝成因,结合忠县长江大桥索塔所采取的防控措施和应用验证,进而分析总结了斜拉桥索塔混凝土裂缝的防控原则及防控方法。分析认为水化热、环境温度变化和混凝土收缩是导致混凝土开裂的直接因素,而混凝土材料配比、施工工艺及养护是导致混凝土开裂的间接因素。因此在防控方法上应着重在控制混凝土温度、控制混凝土收缩、提高混凝土抗裂性三方面着手,改善混凝土材料配比、施工工艺及养护条件。