橡膠集料混凝土-鋼組合梁靜力與疲勞性能研究.pdf

1、本文將橡膠集料混凝土應(yīng)用于常規(guī)組合梁中，稱為橡膠集料混凝土-鋼組合梁。由于橡膠集料混凝土具有較好的變形性能、抗裂性能、能量吸收效果和疲勞性能，同時是一種新型綠色環(huán)保材料，已被應(yīng)用于路面鋪裝中，具有良好的社會效益。然而，橡膠集料混凝土是一種“年輕”的材料，材料性質(zhì)研究還不成熟，規(guī)范中尚未對此進行相關(guān)說明，在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用受到較大限制。為了推廣橡膠集料混凝土的應(yīng)用并保證其適用性，亟需對橡膠集料混凝土構(gòu)件展開系統(tǒng)研究。本文以橡膠集料混凝土-鋼組合

2、梁為研究對象，對剪力連接件和組合梁構(gòu)件的靜力與疲勞性能展開研究。
　　（1）本文首先對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了整理，比較了不同學(xué)者給出的橡膠集料混凝土配比，發(fā)現(xiàn)大部分配比均造成了橡膠集料混凝土強度的降低。本文進行了大量混凝土的試配研究，最終通過調(diào)整其他骨料用量，確定6組配比，保證不同橡膠摻量的混凝土強度基本不變。
　?。?）按照Eurocode-4設(shè)計制作18個不同栓釘及橡膠摻量組配下的推出試件，進行靜力試驗，并對試驗結(jié)果進行了

3、全面分析，包括破壞模式、極限承載力、延性及栓釘受力機理。試驗結(jié)果表明，栓釘剪斷是所有試件的主導(dǎo)破壞模式，橡膠集料混凝土不會引起承載力的降低，同時能增大栓釘?shù)幕谱冃渭把有裕瑴p少混凝土開裂?，F(xiàn)行規(guī)范適用于橡膠集料混凝土中的栓釘，能較為安全的計算其抗剪承載力，但經(jīng)驗公式對橡膠集料混凝土中栓釘?shù)臉O限變形預(yù)測不準(zhǔn)，本文對其進行了修正。采用數(shù)值軟件ABAQUS建立了推出試件的數(shù)值模型，模擬考慮了材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等影響，模型的正確

4、性通過本文試驗進行了校核。
　　（3）在此基礎(chǔ)上，對相同推出試件進行常幅疲勞試驗，疲勞荷載根據(jù)上述靜力試驗及數(shù)值分析結(jié)果選取。試驗顯示直徑為22mm的栓釘易引起鋼梁母材撕裂，在設(shè)計中可增大鋼板厚度予以避免。同時證明橡膠集料混凝土良好的變形性能可以提高栓釘?shù)钠趬勖龃笃茐那暗臉O限滑移。試驗得到了不同直徑栓釘在普通混凝土和橡膠集料混凝土中的S-N曲線。
　?。?）在獲得栓釘受力性能后，采用了不同栓釘及混凝土，設(shè)計并澆筑3個組

5、合梁模型試件，進行靜力試驗。對試驗結(jié)果包含破壞模式、抗彎承載力、撓度與滑移、中性軸高度等進行深入分析，表明橡膠摻量與栓釘直徑對承載力均無影響，橡膠的加入不會引起組合梁的剛度下降，但極限變形明顯增大約40％，同時具有較好的剛度和延性。橡膠集料混凝土可以有效的減小混凝土裂縫寬度，避免跨中產(chǎn)生嚴(yán)重的貫穿裂縫。在剪力連接程度不變的情況下，大直徑栓釘導(dǎo)致彈塑性階段強度儲備不足，延性系數(shù)急劇降低。承載力與剛度的數(shù)值計算結(jié)果、理論解與驗試值基本吻合，

6、能很好的反映組合梁的各項受力性能，證明現(xiàn)行規(guī)范基本適用于等強橡膠集料混凝土-鋼組合梁的設(shè)計。參數(shù)分析定量考慮了4種橡膠摻量、3種栓釘直徑、4種剪力連接程度和2種混凝土強度等級對組合梁性能的影響，為設(shè)計提供參考建議。
　?。?）為了充分研究橡膠集料混凝土在組合橋梁中的適用性，還需進一步進行該組合梁的疲勞試驗。本文對3個組合梁試件進行疲勞試驗，得到定性結(jié)論。試驗顯示組合梁的疲勞破壞模式為栓釘剪斷和混凝土開裂，試件可進行多次應(yīng)力重分布，

7、其疲勞破壞有一定的延性，疲勞破壞后強度儲備較大。橡膠混凝土組合梁能有效推遲混凝土裂縫出現(xiàn)時間，減小裂縫寬度，顯著提高組合梁的抗疲勞性能；此外，較大的栓釘直徑會加劇應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致組合梁疲勞壽命降低，但該不利影響可被橡膠集料混凝土降低，從而促進大直徑栓釘?shù)膽?yīng)用。橡膠集料混凝土可使組合梁初始剛度降低，剛度退化略有增大，但由于其較好的抗疲勞性能，在剛度滿足設(shè)計要求的情況下，仍可用于組合梁結(jié)構(gòu)來改善其抗疲勞性能。此外，組合梁的疲勞破壞形式特殊