液體橡膠基混凝土的彎曲疲勞性能研究.doc

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1、液體橡膠基混凝土的彎曲疲勞性能研究*劉逸平何庭蕙朱國何湯立群黃小清（華南理工大學(xué)交通學(xué)院，廣東廣州510640）摘要：本文對一種新型工程材料——液體橡膠基混凝土的疲勞性能進(jìn)行了研究。首先通過三點彎曲梁的等幅疲勞實驗，測定了材料的疲勞壽命曲線，建立了單對數(shù)形式和雙對數(shù)形式的疲勞方程；基于兩參數(shù)Weibull分布的疲勞壽命預(yù)測方法，得到了簡化形式的存活概率函數(shù)，并通過分析疲勞實驗數(shù)據(jù)，確定了不同應(yīng)力水平下液體橡膠基混凝土材料的存活概率參數(shù)，得到了材料的疲勞壽命概率分布。關(guān)鍵詞：液體橡膠；混凝土；疲勞壽命；存活概率從減輕自重和提高行車舒適性的方面考慮，目前大跨徑鋼橋面一般采用瀝青混凝土鋪裝

2、層[1]。但由于瀝青和鋼橋面本身的特性，以及鋼橋面鋪裝技術(shù)對鋼橋面結(jié)構(gòu)和自然環(huán)境有較強的依賴性等原因，鋼橋面鋪裝體系在設(shè)計使用年限內(nèi)發(fā)生破壞的實例屢見不鮮[2-4]。橡膠材料作為一種傳統(tǒng)的工業(yè)材料，已開發(fā)出具有抗撕裂、耐高低溫、抗老化、耐磨等優(yōu)異性能的產(chǎn)品。液體橡膠基混凝土（LiquidRubberBasedConcrete,LRBC）是本課題組提出的一種以橡膠為基體，填充以級配碎石的新型工程材料，可望滿足大跨徑鋼橋?qū)蛎驿佈b材料和鋪裝體系強度、變形和耐久性等性能要求。從已完成的靜態(tài)實驗和沖擊實驗來看，這種新材料具有一定的優(yōu)越性[5]，具有潛在的應(yīng)用前景。由于橋面鋪裝材料在其服役期間

3、通常承受隨機或周期性反復(fù)載荷的作用，因此研究橋面鋪裝材料的疲勞性能具有極其重要的實際意義。本文對液體橡膠基混凝土試件進(jìn)行了三點彎曲等幅疲勞實驗，得到了不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命，建立了疲勞方程，并基于兩參數(shù)Weibull分布的疲勞壽命預(yù)測方法，得到了材料的疲勞壽命概率分布。1實驗方案1.1試件制作與養(yǎng)護(hù)采用三點彎曲梁試件，液體橡膠基混凝土配合比為m碎石：m橡膠=1：0.17，碎石為級配碎石。試件尺寸為70.7mm×70.7mm×212.1mm，采用人工拌和，24小時拆模后養(yǎng)護(hù)7天。1.2荷載及測量參數(shù)加載波形采用連續(xù)正弦波形，荷載循環(huán)特征值ρ=0.1，加載頻率選用10Hz。試驗采用兩分

4、點加載，跨距為200mm。為消除支座的約束影響，采用滾軸支座。1.3實驗裝置及實驗過程試驗裝置為長春試驗機研究所生產(chǎn)的CSS-280S-100電液伺服動靜試驗機，加載方式及速率采用?？胤绞?，靜載實驗采用位移控制模式，疲勞實驗采用荷載控制模式。試件跨中的加載力和位移由系統(tǒng)自帶的力傳感器和位移計測量，并由控制系統(tǒng)自動保存，在采集位移、載荷的同時，試驗機自動記錄加載次數(shù)。2　實驗結(jié)果及分析2.1　實驗結(jié)果本次實驗中，液體橡膠基混凝土材料共完成了7根梁的靜載實驗，梁的準(zhǔn)靜態(tài)抗折強度值分別為：2.89MPa、3.62MPa、3.45MPa、3.72MPa、3.72MPa、3.41MPa、3.5

5、6MPa，平均值為3.48MPa；共進(jìn)行了六種應(yīng)力水平49根試件的疲勞實驗，疲勞實驗測得的疲勞壽命值如表1所示。表1疲勞壽命實驗結(jié)果Table1LaboratoryFatigue-LifeData應(yīng)力水平S疲勞壽命N/104次應(yīng)力水平S疲勞壽命N/104次應(yīng)力水平S疲勞壽命N/104次應(yīng)力水平S疲勞壽命N/104次0.900.42320.801.01440.601.35980.5020.31110.900.53330.801.02810.601.84320.5025.12350.900.55720.801.24590.602.64220.5031.17190.900.60890.70

6、0.32230.605.14730.5039.60470.900.60950.700.58790.605.19280.5046.37000.900.68180.700.68780.605.67010.5051.78910.800.48940.701.17280.606.57110.5097.32220.800.61240.701.32540.609.04680.50108.05220.800.64660.701.39110.6010.48340.40>2000.800.70000.701.43840.6012.77570.40>2000.800.86750.701.59990.602

7、5.50020.800.92210.701.70250.5012.26880.800.95320.702.40530.5018.21652.2結(jié)果分析2.2.1疲勞極限與疲勞方程在一定的循環(huán)次數(shù)下，試件發(fā)生疲勞斷裂，其斷裂的形態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)抗折試驗類似，斷面都是基本發(fā)生在跨中截面處。當(dāng)應(yīng)力比趨于0.40時，液體橡膠基混凝土的疲勞壽命大于200萬次。根據(jù)疲勞理論，本文中認(rèn)為如果試件在經(jīng)歷了200萬次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生疲勞破壞，則在此應(yīng)力水平下，試件將永遠(yuǎn)不發(fā)生疲勞破