橡胶混凝土力学性能优化及其应用于梁、墩构件防撞的试验研究

发布时间：2020-10-14 03:03

【摘要】：橡胶是一种高韧性材料,加入到混凝土中不仅能改善混凝土的脆性,提高其耗能性能,而且为科学处理废旧轮胎提供了一条环保途径。结合我国国情,交通网络纵横交错,桥梁经常发生碰撞事故。因此将橡胶混凝土应用于桥梁的防撞减振装置能够成为减少车桥碰撞事故危害以及资源再生利用的可行方案。本文通过试验分析,得到了橡胶骨料的粒径大小、外形、预处理方式以及外掺料这四类因素对橡胶混凝土抗压强度、弹性模量和阻尼比的影响规律。进而选取最优配比的橡胶混凝土制作成梁、墩构件的防撞保护覆层,通过分析对比覆层构件在摆锤撞击作用下的动力响应,证明了橡胶混凝土具有较好的防撞减振效果。结合试验数据,建立了较为精细的橡胶混凝土材料模型以及有限元仿真撞击模型。主要的研究结论如下:(1)橡胶骨料等体积取代20%细骨料是较为合适的橡胶混凝土制备方法。随着橡胶骨料粒径的增大,橡胶混凝土抗压强度呈先增大,后减小的趋势。橡胶粒径太小可能会对水泥水化反应过程造成不利影响。而大粒径橡胶骨料,容易成为应力集中点。本文认为存在橡胶混凝土静力性能的最佳橡胶粒径范围。(2)NaOH溶液预处理、掺入纤维型橡胶骨料是橡胶混凝土材料性能较为有效的优化方案。通过对橡胶混凝土材料进行性能优化,静力性能如抗压强度、弹性模量得到改善的同时,动力性能如阻尼比,依然保持着相对于普通混凝土的优势。橡胶混凝土相较于普通混凝土,阻尼比的提高率超过70%。(3)梁或墩构件在覆上橡胶混凝土保护层后,能够减小其碰撞刚度,从而撞击力峰值下降,位移和应变减小。同时得益于橡胶混凝土较高的阻尼比,撞击能量耗散地更快,响应的衰减周期更短,构件遭遇冲击作用后的损坏程度降低,表明橡胶混凝土覆层具有较好的防撞减振效果。(4)通过对比颗粒型和纤维型橡胶骨料制成的橡胶混凝土覆层构件的各测点动力响应时程数据,表明改变橡胶外形对混凝土覆层的抗冲击保护效果并无明显差异。证明了对橡胶混凝土进行性能优化,可以提高其静力性能,对动力性能则无明显改善效果,但相对普通混凝土依旧保持高阻尼高耗能的优势。(5)ABAQUS混凝土塑性损伤模型用于模拟橡胶混凝土材料以及撞击试验是可行的。覆层构件在撞击荷载下的动力响应受附加阻尼与附加刚度共同影响,其中高阻尼高耗能的橡胶混凝土覆层是动力响应减小的主导原因。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 橡胶混凝土国内外研究现状
        1.2.1 橡胶混凝土的静力学性能
        1.2.2 橡胶混凝土的阻尼耗能性能
        1.2.3 橡胶混凝土的抗冲击性能
    1.3 车桥碰撞以及防撞减振对策研究现状
        1.3.1 车桥碰撞相关研究现状
        1.3.2 桥梁防撞设计相关研究现状
    1.4 研究内容
        1.4.1 存在的问题
        1.4.2 本文研究内容
    1.5 技术路线
2 橡胶混凝土材料性能优化试验研究
    2.1 试验设计
        2.1.1 试验目的
        2.1.2 橡胶混凝土试块的制备
        2.1.3 试验内容
    2.2 静力抗压强度试验
        2.2.1 试验方法
        2.2.2 试验结果与分析
        2.2.3 试验现象
    2.3 静弹性模量试验
        2.3.1 试验方法
        2.3.2 试验结果与分析
    2.4 动力性能试验
        2.4.1 试验原理及理论基础研究
        2.4.2 试验方法
        2.4.3 试验结果与分析
    2.5 本章小结
3 橡胶混凝土覆层构件防撞减振性能的试验研究
    3.1 试验设计
        3.1.1 试验目的
        3.1.2 橡胶混凝土覆层构件设计
        3.1.3 橡胶混凝土覆层构件的制作工序
        3.1.4 试验方法
    3.2 覆层梁构件摆锤撞击试验结果分析
        3.2.1 撞击力
        3.2.2 位移
        3.2.3 混凝土应变
    3.3 覆层墩构件摆锤撞击试验结果分析
        3.3.1 撞击力
        3.3.2 位移
        3.3.3 混凝土应变
    3.4 本章小结
4 橡胶混凝土覆层构件防撞减振性能数值模拟
    4.1 有限元建模分析
        4.1.1 ABAQUS/Explicit
        4.1.2 混凝土塑性损伤模型(Concrete Damage Plastic)
        4.1.3 损伤因子的确定
        4.1.4 橡胶混凝土本构关系
        4.1.5 混凝土的应变率效应
    4.2 橡胶混凝土覆层构件有限元模拟
        4.2.1 材料模型的验证
        4.2.2 有限元模型的建立
        4.2.3 有限元仿真与试验数据对比
    4.3 防撞层防护效果主导原因分析
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 崔堃鹏;夏禾;夏超逸;吴萱;;汽车撞击桥墩瞬态撞击力的等效静力计算[J];振动与冲击;2014年04期

2 张志国;禚一;;某桥墩抗撞、防撞措施设计及分析[J];铁道工程学报;2013年12期

3 刘伟庆;方海;祝露;韩娟;吴志敏;;船-桥碰撞力理论分析及复合材料防撞系统[J];东南大学学报(自然科学版);2013年05期

4 曹明;;ABAQUS损伤塑性模型损伤因子计算方法研究[J];交通标准化;2012年02期

5 马清文;乐金朝;姜燕;;NaOH预处理对橡胶混凝土力学性能的影响[J];中外公路;2011年06期

6 宋殿义;周力信;许红亮;;车—桥墩碰撞研究方法综述[J];山西建筑;2011年30期

7 王瑞;林振荣;谢永亮;田天;张建军;;利用SHPB技术对橡胶水泥混凝土韧性试验研究[J];混凝土与水泥制品;2010年02期

8 袁勇;郑磊;;橡胶混凝土动力性能试验研究[J];同济大学学报(自然科学版);2008年09期

9 张劲;王庆扬;胡守营;王传甲;;ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数验证[J];建筑结构;2008年08期

10 肖诗云;田子坤;;混凝土单轴动态受拉损伤试验研究[J];土木工程学报;2008年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 张敏强;橡胶混凝土力学性能及其应用于桥墩防撞的试验研究[D];北京交通大学;2016年

2 钟伟;车—桥墩水平碰撞模型试验与数值研究[D];华南理工大学;2015年

3 李伟龙;橡胶集料混凝土耗能性能的试验研究及其在桥墩防撞中的应用[D];北京交通大学;2015年

4 阮盛华;低掺量橡胶混凝土单轴受压本构关系改进研究[D];广东工业大学;2013年

5 冯凌云;橡胶混凝土材料性能的试验研究[D];华北水利水电学院;2012年

6 陈贵炫;橡胶混凝土的抗冲击性能研究[D];广东工业大学;2011年

7 张炎圣;超高车辆—桥梁上部结构碰撞：机理分析与荷载计算[D];清华大学;2009年

8 李成芳;橡胶集料钢筋混凝土简支梁及框架抗震研究[D];天津大学;2007年

9 徐东丰;泡沫铝防护装置在桥墩防撞上的应用研究[D];重庆交通大学;2006年

本文编号：2840085