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(shí)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(huì)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(duì)此進(jìn)行相關(guān)說(shuō)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(duì)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(duì)象，對(duì)剪力連接件和組合梁構(gòu)件的靜力與疲勞性能展開研究。
　?。?）本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)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(qiáng)度的降低。本文進(jìn)行了大量混凝土的試配研究，最終通過(guò)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(qiáng)度基本不變。
　?。?）按照Eurocode-4設(shè)計(jì)制作18個(gè)不同栓釘及橡膠摻量組配下的推出試件，進(jìn)行靜力試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(jī)理。試驗(yàn)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(huì)引起承載力的降低，同時(shí)能增大栓釘?shù)幕谱冃渭把有?，減少混凝土開裂?，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(jì)算其抗剪承載力，但經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)橡膠集料混凝土中栓釘?shù)臉O限變形預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，本文對(duì)其進(jìn)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(guò)本文試驗(yàn)進(jìn)行了校核。
　?。?）在此基礎(chǔ)上，對(duì)相同推出試件進(jìn)行常幅疲勞試驗(yàn)，疲勞荷載根據(jù)上述靜力試驗(yàn)及數(shù)值分析結(jié)果選取。試驗(yàn)顯示直徑為22mm的栓釘易引起鋼梁母材撕裂，在設(shè)計(jì)中可增大鋼板厚度予以避免。同時(shí)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?，增大破壞前的極限滑移。試驗(yàn)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(jì)并澆筑3個(gè)組

5、合梁模型試件，進(jìn)行靜力試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)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(jìn)行深入分析，表明橡膠摻量與栓釘直徑對(duì)承載力均無(wú)影響，橡膠的加入不會(huì)引起組合梁的剛度下降，但極限變形明顯增大約40％，同時(shí)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(qiáng)度儲(chǔ)備不足，延性系數(shù)急劇降低。承載力與剛度的數(shù)值計(jì)算結(jié)果、理論解與驗(yàn)試值基本吻合，

6、能很好的反映組合梁的各項(xiàng)受力性能，證明現(xiàn)行規(guī)范基本適用于等強(qiáng)橡膠集料混凝土-鋼組合梁的設(shè)計(jì)。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(qiáng)度等級(jí)對(duì)組合梁性能的影響，為設(shè)計(jì)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(jìn)一步進(jìn)行該組合梁的疲勞試驗(yàn)。本文對(duì)3個(gè)組合梁試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，得到定性結(jié)論。試驗(yàn)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(jìn)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(qiáng)度儲(chǔ)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(shí)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(huì)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(jìn)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(jì)要求的情況下，仍可用于組合梁結(jié)構(gòu)來(lái)改善其抗疲勞性能。此外，組合梁的疲勞破壞形式特殊