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钢-eco组合结构层间界面性能研究

钢-ECO组合结构层间界面性能研究

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作者：李亚文中南大学

学位级别：硕士

传统的钢桥面板常采用沥青混凝土铺装层,由于沥青类材料容易发生桥面铺装损坏、钢结构疲劳开裂两大经典的病害,而高韧性、高耐久性混凝土材料的出现则为解决上述难题提供了新的思路,其中以超高性能混凝土(UHPC)和聚氨酯混凝土最具代表... 详细信息

传统的钢桥面板常采用沥青混凝土铺装层,由于沥青类材料容易发生桥面铺装损坏、钢结构疲劳开裂两大经典的病害,而高韧性、高耐久性混凝土材料的出现则为解决上述难题提供了新的思路,其中以超高性能混凝土(UHPC)和聚氨酯混凝土最具代表性。由于超高性能混凝土造价高、不易施工,难以大规模运用于钢桥面铺装。为解决这个难题,国内相关企业研发了新型的改性聚氨酯(简称eco)混凝土,其具有强度高、层间结合性能好、低温抗裂性能好等特点,并成功运用于多座桥梁桥面铺装。尽管eco混凝土应用越来越多,目前看来,无论是eco混凝土本身还是eco混凝土钢桥面铺装体系的研究均较少,特别是在不同温度下材料性能以及钢-eco组合结构界面性能的相关研究鲜见报道。为此,本文采用试验与数值分析相结合的方法,对eco混凝土基本力学性能以及钢-eco组合结构层间界面性能进行深入研究。主要工作和研究成果如下:(1)设计、制作了总计36个eco混凝土立方体、棱柱体及轴拉试件,开展eco混凝土基本力学性能试验及本构关系研究。完成了试件分别在-10℃、15℃、40℃、60℃温度下的试验,确定了不同温度条件下eco混凝土的弹性模量及泊松比,构建了不同温度条件下eco混凝土单轴受压、单轴受拉本构模型,为后续有限元分析奠定了基础。(2)设计、制作了12个钢-eco组合结构试件。采用斜剪试验研究钢-eco组合结构界面四种不同温度下的破坏模式及抗剪性能。结果表明,试件破坏模式均为钢层与eco混凝土层之间的粘结破坏。采用DIC图像处理技术,解决了界面应变及滑移量难以测量的问题,基于四种不同温度下的试验数据分析,提出了适用于45°压剪作用下钢-eco组合结构试件界面的无量纲黏结-滑移模型。(3)根据钢-eco组合结构试件斜剪试验结果,建立了界面极限剪切强度与温度的函数关系,表达式为τ=14.7008+0.0132T-0.0017T。钢-eco组合结构试件的界面极限剪切强度与温度呈负相关性,温度升高,界面极限剪切强度降低;钢-eco组合结构试件的整体刚度与温度呈负相关性,温度升高,试件整体的刚度降低。(4)基于上述建立的eco单轴受拉、单轴受压本构关系及提出的界面黏结-滑移本构关系,采用ABAQUS软件建立钢-eco组合结构有限元模型,对四个不同温度条件下的钢-eco组合结构进行有限元分析,并与试验结果进行对比。结果表明:采用双直线内聚力模型开展钢-eco组合结构有限元分析是可行和有效的。在-10℃、15℃、40℃、60℃条件下,界面斜剪有限元计算荷载峰值与试验值相对误差在6%以内;界面最大剪应力有限元计算值与试验值的相对误差在5%以内。图61幅,表28个,参考文献62篇

关键词： eco混凝土钢-eco组合结构基本力学性能斜剪试验层间界面性能黏结-滑移模型

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