【摘要】：橡膠是一種高韌性材料,加入到混凝土中不僅能改善混凝土的脆性,提高其耗能性能,而且為科學(xué)處理廢舊輪胎提供了一條環(huán)保途徑。結(jié)合我國國情,交通網(wǎng)絡(luò)縱橫交錯(cuò),橋梁經(jīng)常發(fā)生碰撞事故。因此將橡膠混凝土應(yīng)用于橋梁的防撞減振裝置能夠成為減少車橋碰撞事故危害以及資源再生利用的可行方案。本文通過試驗(yàn)分析,得到了橡膠骨料的粒徑大小、外形、預(yù)處理方式以及外摻料這四類因素對橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量和阻尼比的影響規(guī)律。進(jìn)而選取最優(yōu)配比的橡膠混凝土制作成梁、墩構(gòu)件的防撞保護(hù)覆層,通過分析對比覆層構(gòu)件在擺錘撞擊作用下的動力響應(yīng),證明了橡膠混凝土具有較好的防撞減振效果。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立了較為精細(xì)的橡膠混凝土材料模型以及有限元仿真撞擊模型。主要的研究結(jié)論如下:(1)橡膠骨料等體積取代20%細(xì)骨料是較為合適的橡膠混凝土制備方法。隨著橡膠骨料粒徑的增大,橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度呈先增大,后減小的趨勢。橡膠粒徑太小可能會對水泥水化反應(yīng)過程造成不利影響。而大粒徑橡膠骨料,容易成為應(yīng)力集中點(diǎn)。本文認(rèn)為存在橡膠混凝土靜力性能的最佳橡膠粒徑范圍。(2)NaOH溶液預(yù)處理、摻入纖維型橡膠骨料是橡膠混凝土材料性能較為有效的優(yōu)化方案。通過對橡膠混凝土材料進(jìn)行性能優(yōu)化,靜力性能如抗壓強(qiáng)度、彈性模量得到改善的同時(shí),動力性能如阻尼比,依然保持著相對于普通混凝土的優(yōu)勢。橡膠混凝土相較于普通混凝土,阻尼比的提高率超過70%。(3)梁或墩構(gòu)件在覆上橡膠混凝土保護(hù)層后,能夠減小其碰撞剛度,從而撞擊力峰值下降,位移和應(yīng)變減小。同時(shí)得益于橡膠混凝土較高的阻尼比,撞擊能量耗散地更快,響應(yīng)的衰減周期更短,構(gòu)件遭遇沖擊作用后的損壞程度降低,表明橡膠混凝土覆層具有較好的防撞減振效果。(4)通過對比顆粒型和纖維型橡膠骨料制成的橡膠混凝土覆層構(gòu)件的各測點(diǎn)動力響應(yīng)時(shí)程數(shù)據(jù),表明改變橡膠外形對混凝土覆層的抗沖擊保護(hù)效果并無明顯差異。證明了對橡膠混凝土進(jìn)行性能優(yōu)化,可以提高其靜力性能,對動力性能則無明顯改善效果,但相對普通混凝土依舊保持高阻尼高耗能的優(yōu)勢。(5)ABAQUS混凝土塑性損傷模型用于模擬橡膠混凝土材料以及撞擊試驗(yàn)是可行的。覆層構(gòu)件在撞擊荷載下的動力響應(yīng)受附加阻尼與附加剛度共同影響,其中高阻尼高耗能的橡膠混凝土覆層是動力響應(yīng)減小的主導(dǎo)原因。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU528
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 橡膠混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 橡膠混凝土的靜力學(xué)性能
        1.2.2 橡膠混凝土的阻尼耗能性能
        1.2.3 橡膠混凝土的抗沖擊性能
    1.3 車橋碰撞以及防撞減振對策研究現(xiàn)狀
        1.3.1 車橋碰撞相關(guān)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 橋梁防撞設(shè)計(jì)相關(guān)研究現(xiàn)狀
    1.4 研究內(nèi)容
        1.4.1 存在的問題
        1.4.2 本文研究內(nèi)容
    1.5 技術(shù)路線
2 橡膠混凝土材料性能優(yōu)化試驗(yàn)研究
    2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?br>        2.1.2 橡膠混凝土試塊的制備
        2.1.3 試驗(yàn)內(nèi)容
    2.2 靜力抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
        2.2.1 試驗(yàn)方法
        2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
        2.2.3 試驗(yàn)現(xiàn)象
    2.3 靜彈性模量試驗(yàn)
        2.3.1 試驗(yàn)方法
        2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
    2.4 動力性能試驗(yàn)
        2.4.1 試驗(yàn)原理及理論基礎(chǔ)研究
        2.4.2 試驗(yàn)方法
        2.4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
    2.5 本章小結(jié)
3 橡膠混凝土覆層構(gòu)件防撞減振性能的試驗(yàn)研究
    3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        3.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?br>        3.1.2 橡膠混凝土覆層構(gòu)件設(shè)計(jì)
        3.1.3 橡膠混凝土覆層構(gòu)件的制作工序
        3.1.4 試驗(yàn)方法
    3.2 覆層梁構(gòu)件擺錘撞擊試驗(yàn)結(jié)果分析
        3.2.1 撞擊力
        3.2.2 位移
        3.2.3 混凝土應(yīng)變
    3.3 覆層墩構(gòu)件擺錘撞擊試驗(yàn)結(jié)果分析
        3.3.1 撞擊力
        3.3.2 位移
        3.3.3 混凝土應(yīng)變
    3.4 本章小結(jié)
4 橡膠混凝土覆層構(gòu)件防撞減振性能數(shù)值模擬
    4.1 有限元建模分析
        4.1.1 ABAQUS/Explicit
        4.1.2 混凝土塑性損傷模型(Concrete Damage Plastic)
        4.1.3 損傷因子的確定
        4.1.4 橡膠混凝土本構(gòu)關(guān)系
        4.1.5 混凝土的應(yīng)變率效應(yīng)
    4.2 橡膠混凝土覆層構(gòu)件有限元模擬
        4.2.1 材料模型的驗(yàn)證
        4.2.2 有限元模型的建立
        4.2.3 有限元仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比
    4.3 防撞層防護(hù)效果主導(dǎo)原因分析
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2840085