基于復(fù)合梁的鋼橋面鋪裝斷裂判據(jù)及疲勞壽命研究.pdf

1、鋼橋面鋪裝主要用于提高行車(chē)的舒適性和鋼橋面的耐久性，如何延長(zhǎng)其使用壽命是鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。但開(kāi)裂這一早期病害卻大大制約了橋面鋪裝的耐久性和服務(wù)壽命。因此鋼橋面鋪裝層裂縫的啟裂及擴(kuò)展機(jī)理、鋪裝的剩余壽命等損傷斷裂力學(xué)問(wèn)題成為學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。 鋼橋面鋪裝層的受力與變形特性受鋼橋面板控制，因此研究橋面鋪裝層的力學(xué)性能時(shí)，必須將鋼板和鋪裝層視為有機(jī)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。但目前鋪裝的斷裂參數(shù)主要是采用鋪裝材料的標(biāo)準(zhǔn)試件通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)

2、研究得到，沒(méi)有考慮鋼橋面板與鋪裝的復(fù)合結(jié)構(gòu)因素，僅從材料角度和裂縫位置出發(fā)進(jìn)行研究。本文作為國(guó)家自然科學(xué)基金“鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層疲勞損傷與壽命預(yù)估研究”(基金編號(hào)：50578038)項(xiàng)目的一部分，以復(fù)合梁為研究對(duì)象，從斷裂力學(xué)的基本理論入手，通過(guò)室內(nèi)復(fù)合梁三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究橋面鋪裝復(fù)合結(jié)構(gòu)的COD斷裂參數(shù)，并建立COD斷裂判據(jù)；利用數(shù)值分析方法，選取三種不同復(fù)合梁尺寸研究橋面鋪裝斷裂參數(shù)的尺寸效應(yīng)，并分析COD設(shè)計(jì)曲線在鋪裝安全裕

3、度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用；結(jié)合復(fù)合梁的疲勞試驗(yàn)和COD理論研究橋面鋪裝的疲勞性能，預(yù)估橋面鋪裝的疲勞壽命。 研究結(jié)果表明，溫度對(duì)鋼橋面鋪裝的斷裂特性影響明顯。復(fù)合梁的啟裂臨界裂縫尖端開(kāi)口位移CTOD<,ini>和失穩(wěn)臨界裂縫尖端開(kāi)口位移CTOD<,max>隨著溫度升高而增大；并分析試驗(yàn)得到的CTOD<,c>的有效性，在此基礎(chǔ)上提出了COD判據(jù)。 利用ADINA軟件對(duì)復(fù)合梁斷裂參數(shù)的尺寸效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析。研究發(fā)現(xiàn)：(1)隨著預(yù)制切

4、口深度的增加，裂縫啟裂、失穩(wěn)時(shí)的J積分和裂縫亞臨界擴(kuò)展量逐漸降低，文章用邊界理論解釋了這一現(xiàn)象；(2)J<,ini>、J<,max>和裂縫亞臨界擴(kuò)展量隨環(huán)氧瀝青混凝土的模量增大而變?。?3)復(fù)合梁的幾何尺寸對(duì)斷裂參數(shù)也有一定影響，隨著復(fù)合梁尺寸的增大，J<,ini>、J<,max>值減小，但差值最大僅為11.8％，說(shuō)明室內(nèi)試驗(yàn)研究選取的復(fù)合梁模型尺寸有代表性。 最后，采用帶有預(yù)制切口的復(fù)合梁進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，利用COD理論研究橋面鋪

5、裝的疲勞性能，并預(yù)估鋪裝的疲勞壽命。研究發(fā)現(xiàn)：(1)復(fù)合梁在穩(wěn)定擴(kuò)展后期CTOD很緩慢地增加，沒(méi)有出現(xiàn)一般情況的裂縫快速擴(kuò)展，分析原因主要是因?yàn)閺?fù)合梁疲勞試驗(yàn)與實(shí)際橋面的受力方式不同引起的；(2)不同疲勞荷載作用下復(fù)合梁?jiǎn)⒘褧r(shí)CTOD值均為0.08mm左右，而失穩(wěn)時(shí)CTOD值均在0.21mm左右，可以把裂紋尖端位移0.21mm作為鋪裝的疲勞失效判據(jù)；(3)CTOD增長(zhǎng)率與疲勞次數(shù)之間有很好的相關(guān)性，對(duì)兩者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸得到橋面鋪裝疲勞壽命