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铁道科学与工程学报 2024年

作者：黄方林廖静雯高英杰朱赫周德中南大学土木工程学院

近年来，经济节能优化型混凝土（ecology Conservation Optimization Concrete，简称eco混凝土）由于自身优异的性能在钢桥面铺装工程中受到青睐，但其与钢板交界面的力学性能鲜有研究，从而制约了其进一步的广泛应用。为研究钢-eco混... 详细信息

近年来，经济节能优化型混凝土（ecology Conservation Optimization Concrete，简称eco混凝土）由于自身优异的性能在钢桥面铺装工程中受到青睐，但其与钢板交界面的力学性能鲜有研究，从而制约了其进一步的广泛应用。为研究钢-eco混凝土交界面的力学性能，设计制作3个钢-eco混凝土交界面试件进行四点弯曲试验。试验结果表明：相比普通的钢-混凝土交界面，钢-eco混凝土交界面的粘结强度、刚度和极限张开位移分别提高了289.3%、368.4%和160.0%，具有更好的力学性能。此外，为准确描述钢-eco混凝土交界面的法向开裂行为，提出了一种适用于钢-eco混凝土交界面法向开裂的内聚力模型，并基于对试验数据的回归分析和断裂边界条件确定了模型系数的取值。研究结果表明：提出的内聚力模型可以较为准确的表征钢-eco混凝土交界面法向开裂损伤的萌生与发展过程，并能简便计算钢-eco混凝土交界面的粘结强度、刚度、损伤起始时临界位移和临界断裂能。同时，与指数型模型相比，提出模型应用于各试件下降段的均方误差分别降低了57.3%、46.0%和72.9%，显著提高了内聚力模型的精度。此外，研究结果可为eco混凝土的实际工程应用提供理论依据，进一步推动eco混凝土在土木工程领域的广泛应用。

关键词：钢桥面 eco混凝土界面力学性能四点弯曲试验内聚力模型

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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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