橡膠集料混凝土與鋼組合梁試驗(yàn)研究與精細(xì)化數(shù)值模擬.pdf

1、橡膠集料混凝土是一種把橡膠微粒作為水泥混凝土組成材料配置而成的新型混凝土。橡膠集料混凝土除了具有綠色環(huán)保特性外，其較好的變形能力、疲勞性能、抗裂性、耐久性、以及減震降噪性能是其在道路工程應(yīng)用的很大優(yōu)勢(shì)。本文將橡膠集料混凝土引入到鋼與混凝土組合梁結(jié)構(gòu)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土板，填補(bǔ)一部分橡膠集料混凝土應(yīng)用面過(guò)窄的空白，也能在一定程度上減少組合梁由于上部混凝土的疲勞破壞而導(dǎo)致的失效問(wèn)題，而本文的主要目的是希望利用橡膠集料混凝土較好的變形特點(diǎn)和抗疲

2、勞性能來(lái)改善栓釘連接件和組合梁結(jié)構(gòu)的延性性能并提高其疲勞壽命。
　　本課題的研究對(duì)象為“橡膠集料混凝土與鋼組合梁”，本文通過(guò)試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬較為深入的分析了栓釘連接件和新型組合梁的靜力性能及疲勞性能:
　　1)在橡膠集料混凝土材料性能實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上，通過(guò)六組18個(gè)推出試件，對(duì)單栓釘連接件的靜力性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。四種橡膠摻量，兩種橡膠集料混凝土強(qiáng)度和兩種栓釘直徑作為試驗(yàn)參數(shù)，對(duì)栓釘?shù)臉O限承載能力，極限滑移，抗剪剛度和延

3、性進(jìn)行了深入的研究，并對(duì)比了相關(guān)規(guī)范，最終提出了較為合理的橡膠摻量比例，并分析了該種摻量對(duì)栓釘延性性能的改善作用。
　　2)在栓釘連接件的靜力性能研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了橡膠集料混凝土與鋼組合梁的靜力性能試驗(yàn)研究。通過(guò)3根整體梁試件，分析對(duì)比了橡膠集料混凝土組合梁與普通混凝土組合梁的破壞模式，極限承載能力，中性軸位置變化，延性和剛度等特征，并改變抗剪連接程度，研究其對(duì)于橡膠集料混凝土組合梁的影響。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用橡膠集料混凝土板可增加組合

4、梁破壞時(shí)的撓度變形，但改善其延性性能的作用。
　　3)采用精細(xì)化的有限元數(shù)值分析模擬了栓釘連接件和組合梁的靜力性能。采用損傷塑性模型對(duì)四種橡膠摻量的混凝土材料進(jìn)行建模，并合理地模擬了試件各部分之間的接觸關(guān)系，在驗(yàn)證了數(shù)值分析的準(zhǔn)確性后，對(duì)模型進(jìn)行了大量的參數(shù)分析，考慮了不同的混凝土強(qiáng)度、橡膠摻量、栓釘直徑等影響。在推出試驗(yàn)的數(shù)值基礎(chǔ)上，本文提出了單栓釘?shù)暮?jiǎn)化受力模型，并對(duì)栓釘焊接缺陷的致命位置進(jìn)行了討論。在整體梁數(shù)值模型分析中，考

5、慮了抗剪連接程度和焊接缺陷的影響。
　　4)在靜力分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了9個(gè)抗剪連接件的疲勞推出試驗(yàn)研究。三種不同的橡膠摻量和不同的應(yīng)力幅值作為主要的影響參數(shù)探究了其對(duì)于栓釘?shù)钠趬勖?，最終動(dòng)滑移及其幅值和疲勞剛度的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橡膠集料混凝土對(duì)于栓釘?shù)钠谛阅苡写蠓纳?。通過(guò)與各國(guó)規(guī)范的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有規(guī)范對(duì)于橡膠集料混凝土板中的栓釘依舊適用。
　　5)試驗(yàn)的最后一部分為3根橡膠集料混凝土與鋼組合梁的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)與整體梁

6、的靜力試驗(yàn)相同。試驗(yàn)結(jié)果分析了組合梁在疲勞荷載下與靜力破壞的不同點(diǎn)，研究了整體梁的疲勞破壞標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其疲勞變形和撓度進(jìn)行了分析。研究表明采用橡膠集料混凝土板和增加抗剪連接程度對(duì)于增加組合梁的疲勞壽命均有有益作用。
　　6)文章最后采用擴(kuò)展有限元方法對(duì)單栓釘連接件和整體梁的疲勞壽命進(jìn)行了精細(xì)化數(shù)值模擬，探究了栓釘根部裂紋從萌生到斷裂失效的全過(guò)程，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果擬合出了推出試驗(yàn)中栓釘?shù)腟-N曲線，計(jì)算了組合梁的疲勞壽命，并與試驗(yàn)結(jié)果及