橡膠集料混凝土與鋼組合梁試驗研究與精細化數值模擬.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用的很大優(yōu)勢。本文將橡膠集料混凝土引入到鋼與混凝土組合梁結構中代替?zhèn)鹘y的混凝土板，填補一部分橡膠集料混凝土應用面過窄的空白，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致的失效問題，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和抗疲

2、勞性能來改善栓釘連接件和組合梁結構的延性性能并提高其疲勞壽命。
　　本課題的研究對象為“橡膠集料混凝土與鋼組合梁”，本文通過試驗研究和數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驗研究的基礎之上，通過六組18個推出試件，對單栓釘連接件的靜力性能進行了試驗研究。四種橡膠摻量，兩種橡膠集料混凝土強度和兩種栓釘直徑作為試驗參數，對栓釘的極限承載能力，極限滑移，抗剪剛度和延

3、性進行了深入的研究，并對比了相關規(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上進行了橡膠集料混凝土與鋼組合梁的靜力性能試驗研究。通過3根整體梁試件，分析對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，研究其對于橡膠集料混凝土組合梁的影響。試驗結果發(fā)現采用橡膠集料混凝土板可增加組合

4、梁破壞時的撓度變形，但改善其延性性能的作用。
　　3)采用精細化的有限元數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四種橡膠摻量的混凝土材料進行建模，并合理地模擬了試件各部分之間的接觸關系，在驗證了數值分析的準確性后，對模型進行了大量的參數分析，考慮了不同的混凝土強度、橡膠摻量、栓釘直徑等影響。在推出試驗的數值基礎上，本文提出了單栓釘的簡化受力模型，并對栓釘焊接缺陷的致命位置進行了討論。在整體梁數值模型分析中，考

5、慮了抗剪連接程度和焊接缺陷的影響。
　　4)在靜力分析的基礎上，進行了9個抗剪連接件的疲勞推出試驗研究。三種不同的橡膠摻量和不同的應力幅值作為主要的影響參數探究了其對于栓釘的疲勞壽命，最終動滑移及其幅值和疲勞剛度的影響。試驗發(fā)現橡膠集料混凝土對于栓釘的疲勞性能有大幅改善。通過與各國規(guī)范的對比發(fā)現，現有規(guī)范對于橡膠集料混凝土板中的栓釘依舊適用。
　　5)試驗的最后一部分為3根橡膠集料混凝土與鋼組合梁的疲勞試驗，試驗參數與整體梁

6、的靜力試驗相同。試驗結果分析了組合梁在疲勞荷載下與靜力破壞的不同點，研究了整體梁的疲勞破壞標準，并對其疲勞變形和撓度進行了分析。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)文章最后采用擴展有限元方法對單栓釘連接件和整體梁的疲勞壽命進行了精細化數值模擬，探究了栓釘根部裂紋從萌生到斷裂失效的全過程，并根據計算結果擬合出了推出試驗中栓釘的S-N曲線，計算了組合梁的疲勞壽命，并與試驗結果及