關(guān)于橡膠混凝土材料的疲勞損傷的相關(guān)研究.pdf

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1、關(guān)于橡膠混凝土材料的疲勞損傷的相關(guān)研究李杰廣東省建筑科學(xué)研究院摘要：在水泥混凝土中摻入液體橡膠的對(duì)混凝土的抗?jié)B性、耐久性以及抗疲勞、抗沖刷等動(dòng)力性能也有一定的改善作用。本文對(duì)橡膠混凝土試件進(jìn)行疲勞加載，每進(jìn)行固定次數(shù)的壓縮疲勞試驗(yàn)后測(cè)量試件的彈性模量，藉此分析疲勞加載對(duì)試件內(nèi)部損傷的影響。關(guān)鍵詞：橡膠混凝土；疲勞性；沖擊性；研究1橡膠混凝土的疲勞試驗(yàn)1．1試驗(yàn)試件的制作把各種級(jí)配石料(骨料由六種不同粒徑的石粒組成，即：0．075～0．6；0．6～2．36；2．36～4．75；4．75～9．5；9．5～13．2；13．2

2、～16；(單位：mm))稱量好，攪拌均勻，然后將液體橡膠聚合材料?按組分^：B=100：28(A為聚氨酯舊1、B為催速固化劑)，混合并攪拌均勻，再倒入石料，二者混合攪拌10分鐘，最后澆鑄成模。放置在自然條件下7天后進(jìn)行試驗(yàn)。疲勞試驗(yàn)均用直徑為701m、高度為35ram規(guī)格的試件進(jìn)行。1_2疲勞加載及沖擊試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)加載模式采用應(yīng)力控制，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算表明：橋面鋪裝層在40噸重車(chē)作用下其內(nèi)部的最大壓應(yīng)力約0．7～0．8MPa，按照最大加載應(yīng)力為0．8MPa。疲勞試驗(yàn)的加載波形采用連續(xù)正弦波形，相鄰加載波形間無(wú)時(shí)間間隙，加

3、載力和位移是由控制系統(tǒng)自帶的力傳感器和位移計(jì)測(cè)量，在采集位移、荷載的同時(shí)，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄加載次數(shù)。為避免長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)可能出現(xiàn)零點(diǎn)漂移導(dǎo)致加載頭脫離試件加載點(diǎn)的現(xiàn)象，疲勞試驗(yàn)中循環(huán)特征取為0．2，加載頻率為10Hz。1．3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其分析采用3萬(wàn)次2m／s低速?zèng)_擊交疊循環(huán)試驗(yàn)及6萬(wàn)次2m／s低速?zèng)_擊交疊循環(huán)試驗(yàn)兩種不同的方案。以3萬(wàn)次循環(huán)加載試驗(yàn)為例。在每次疲勞加載之后均對(duì)試件進(jìn)行了靜態(tài)壓縮試驗(yàn)測(cè)得了試件的彈性模量(表2-1)，并得到試件的應(yīng)力一應(yīng)變曲線來(lái)觀察疲勞加載后橡膠混凝土材料的彈性模量的變化。其中試件3—2一02在

4、疲勞試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)機(jī)故障被壓碎，試件3—2一03及試件3—2一04在加載完第一次3萬(wàn)次疲勞加載出現(xiàn)明顯損傷被破壞。試件3-2-01、3-2一05、3—2一06、3—2一07完成了全部的疲勞加載試驗(yàn)。表2-1試驗(yàn)現(xiàn)象及測(cè)得的彈性模量(1)試中：編號(hào)3—2一013—2一023—2—033—2—043—2一053—2—063-2一07彈性模13．1l16．9315．3393．363．7866．0848．64量(MDa)3萬(wàn)次疲勞后表面無(wú)現(xiàn)象明顯可見(jiàn)裂縫彈性模8．9210．4686．264l，423l’9533量(Mpa)6萬(wàn)

5、次疲勞后表面無(wú)現(xiàn)象明顯可見(jiàn)裂縫彈性模6．4817．8410．2527．43量(Mpa)9萬(wàn)次疲勞后表面無(wú)現(xiàn)象明顯可見(jiàn)裂縫根據(jù)前期對(duì)該材料圓柱體試件的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，試件的最大承載力在10kN左右，因此在每次加載完成后，進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)求彈性模量時(shí)，壓縮到lkN～2kN即中止試驗(yàn)，在進(jìn)行試壓后，發(fā)現(xiàn)這種準(zhǔn)靜態(tài)加載幾乎對(duì)其彈性模量沒(méi)有明顯的影響，即這種測(cè)量彈性模量的試驗(yàn)不會(huì)對(duì)試件產(chǎn)生明顯的損傷。2橡膠混凝土材料在疲勞加載的損傷分析2．1沖擊與疲勞加載的耦合損傷為了研究疲勞和沖擊對(duì)液體橡膠砼材料的損傷，并與單純疲勞加載的損

6、失進(jìn)行比較，在疲勞加載的過(guò)程中用2m／s的速度對(duì)試件進(jìn)行低速?zèng)_擊，研究沖擊與疲勞加載對(duì)試件造成的耦合損傷。在每次疲勞加載之后，試件的彈性模量都會(huì)下降，說(shuō)明疲勞加載對(duì)試件造成了內(nèi)部損傷。同樣沖擊也會(huì)使試件的彈性模量下降，說(shuō)明沖擊對(duì)試件的內(nèi)部損傷產(chǎn)生了擴(kuò)展。試件的整體彈性模量變化趨勢(shì)是逐漸下降的。2．2疲勞循環(huán)加載下的損傷分析為了更好的研究沖擊作用于疲勞加載中的試件時(shí)對(duì)彈模的影響，本次試驗(yàn)使用了兩個(gè)同批次試件(表3-1)做了單純疲勞加載試驗(yàn)研究分析了試件的彈模變化趨勢(shì)。表3一l1萬(wàn)次循環(huán)疲勞加載試驗(yàn)試件尺寸圖編號(hào)庳徑(mm

7、)晦(唧)質(zhì)量(g)拯度(kg／m3)工況l卜0169．8l38．06325．6l223611-0269．7838．05321．5822Ul萬(wàn)次循環(huán)疲勞試驗(yàn)對(duì)試件1-01和卜02進(jìn)行1萬(wàn)次循環(huán)疲勞加載試驗(yàn)，共循環(huán)5萬(wàn)次，每隔1萬(wàn)次疲勞加載后做～次靜態(tài)壓縮試驗(yàn)測(cè)得彈性模量。在第一次循環(huán)結(jié)束后，損傷變量曲線斜率較大，此后的循環(huán)中損傷變量曲線斜率逐漸緩和。說(shuō)明試件在第一個(gè)l萬(wàn)次疲勞加載后損傷出現(xiàn)了一次急劇增長(zhǎng)之后，損傷變量的擴(kuò)展逐漸緩和，損傷進(jìn)入穩(wěn)定擴(kuò)展階段。3結(jié)語(yǔ)(1)橡膠混凝土材料在經(jīng)過(guò)疲勞加載之后會(huì)使其內(nèi)部產(chǎn)生損傷，其

8、彈性模量會(huì)減小；沖擊試驗(yàn)會(huì)使橡膠混凝土材料的內(nèi)部損傷產(chǎn)生擴(kuò)展。(2)在每次疲勞加載之后，橡膠混凝土材料的彈性模量都會(huì)下降，說(shuō)明疲勞加載對(duì)材料造成了內(nèi)部損傷。試件的整體彈性模量隨著疲勞加載變化趨勢(shì)是逐漸下降的。(3)在疲勞加載過(guò)程中，材料的內(nèi)部損傷會(huì)在加載之初產(chǎn)生一個(gè)急劇的變化，隨著加載次數(shù)的增加，其內(nèi)部損傷變量的擴(kuò)展逐漸趨于平緩，