盐渍土固化材料装配式渠道结构优化研究

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近年来装配式渠道构件因其产业化生产、标准化施工、可有效缩短工期,利于环境保护的优点在施工设计中占据重要地位。现阶段装配式渠道材料以混凝土材料为主,但由于建筑砂石大量开采导致资源匮乏、工程建筑材料价格大幅上升,新型建筑材料的研发迫在眉睫。吉林西部作为粮食主产区盐渍土大范围分布造成严重生态破坏问题,本文利用苏打盐碱土抗冻裂型固化剂固化盐渍土,将其“变废为宝”加工成为可以用作装配式渠道构件生产的原材,并对材料配比及结构尺寸进行优化研究。为进一步验证材料的可行性,选择松原灌区内某斗渠进行典型区设计,根据设计流量设计梯形、矩形、U形、抛物线形四种渠道断面形式,通过ABAQUS有限元软件对不同断面形式构件吊装过程中吊点设计、受力及不同工况下安全稳定运行情况进行了数值模拟研究。主要研究成果如下:(1)以固化剂掺量和初始含水率为影响因素,研究不同配比材料性能。试验结果表明:14%~20%初始含水率,20%~45%固化剂掺量的28d龄期试件强度可达到8.82MPa~14.91MPa,初始含水率16%,固化剂掺量40%时抗压强度出现峰值,为室内试验最优配比;28d龄期16%初始含水率40%以上固化剂掺量试块可经受200次以上室内冻融循环试验,东北地区室内冻融试验次数与自然冻融状态次数的比例为1:12,参考此经验可对构件安全运行年限进行定量化设计,为工程提供借鉴。(2)通过渗透试验和UU试验验证材料的抗渗及抗剪性能。试验结果表明:固化剂掺量对渗透系数有显著影响,当固化剂掺量每增加5%,渗透系数在原有基础上平均降低15%,当固化剂掺量达40%,渗透系数达到10-7cm/s水平;通过抗剪试验对材料的粘聚力及内摩擦角进行计算为后续有限元模拟提供参数支持。(3)运用ABAQUS有限元软件对梯形、矩形、U形、抛物线形四种断面形式,1.2m、1.5m、2.0m三种长度构件进行吊装模拟,吊装模拟结果表明:四种断面、三种长度构件采用两点吊装、底面受力的方式吊装均不会产生断裂破坏,为方便安装、减少伸缩缝设置,装配式构件长度优先考虑2m一节。(4)对四种断面形式2m长度构件进行满水运行和温度作用下冻胀影响两种工况进行模拟分析得到了位移场、应力场、温度场的分布规律,模拟结果表明:由温度引起的冻胀对构件影响较大,构件接缝位置最易产生破坏;U形断面受力及产生位移最小,为最优断面形式。
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