硫酸盐环境对活性粉末混凝土抗拉强度的影响

通过硫酸盐冻融-干湿循环耦合作用试验,研究Na_2SO_4溶液浓度对预加载活性粉末混凝土劈裂抗拉强度的影响规律,并结合SEM、XRD微观分析方法研究其破坏机理。结果表明:0%、5%、10%浓度Na_2SO_4浓度溶液冻融-干湿循环耦合作用下,劈裂抗拉强度的变化经历初期劣化、强化和后期劣化共三个阶段。Na_2SO_4溶液浓度对劈裂抗拉强度的影响较大,其中,5%浓度的影响最大,其次为10%浓度,最后为0%浓度。冻融循环、干湿循环过程中的温度交变作用是初期劈裂抗拉强度下降的主要原因;侵蚀过程中产生的Na_2SO_4晶体和石膏晶体对裂缝和孔隙起到填充作用,未水化水泥和硅灰二次水化产生的修复作用,共同作用使得劈裂抗拉强度经历了强化段;后期劣化阶段结晶更好的石膏晶体与钙矾石晶体等侵蚀性产物的有害膨胀应力与Na_2SO_4结晶应力共同作用造成基体损伤。5%浓度Na_2SO_4溶液耦合循环6次后,活性粉末混凝土、C60高性能混凝土的劈裂抗拉强度损失率分别为6.09%、48.89%,活性粉末混凝土在耦合作用下的耐久性远优于C60高性能混凝土。     

不同服役环境下水泥土的性能对比试验研究

水泥土的服役环境对其性能产生重要的影响。通过研究标准养护和0.1 mol/L Na_2SO_4溶液养护2种服役环境下不同配合比参数、养护龄期的水泥土试件的力学性能指标,对比后得到水泥土含水率、水泥掺入比、外掺料种类、养护龄期等参数在2种服役环境下对强度的影响规律曲线,为今后水泥土桩在复杂环境下的设计和应用提供试验参数和理论依据。     

CRTS Ⅰ型CA砂浆劣化对其疲劳寿命的影响分析

研究目的:CA砂浆脱空是板式轨道的典型伤损,在列车荷载作用下,CA砂浆劣化将降低其疲劳寿命。为研究CA砂浆劣化对其自身疲劳寿命的影响,本文建立CRTSⅠ型板式轨道有限元模型,以Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,研究CA砂浆在不同劣化情况下的应力和疲劳寿命,从而为无砟轨道的养护维修提供参考。研究结论:(1)仅考虑CA砂浆性能劣化50%时,列车荷载作用下CA砂浆所受的应力及疲劳寿命均减小,但仍能满足60年的使用寿命;(2)仅考虑CA砂浆层脱空和同时考虑CA砂浆层脱空与性能劣化50%时,CA砂浆层的压应力显著增大,疲劳寿命显著降低;(3)CA砂浆层板端脱空长度达到1.225 m时,CA砂浆的疲劳寿命不再满足60年的使用寿命;(4)建议CA砂浆的脱空长度应小于1.225 m,且在CA砂浆的服役寿命内加强养护维修,防止CA砂浆发生疲劳破坏;(5)本研究成果可为板式轨道CA砂浆的养护维修提供指导。     

化学腐蚀下红层软岩单轴压缩及声发射特征试验研究

为研究酸性水化学溶液浸蚀作用下红层软岩的细观损伤演化特征,利用声发射技术分析红层软岩在受不同p H化学溶液浸蚀作用后的单轴压缩损伤破坏过程。试验结果显示:酸性溶液对红层软岩主要表现为溶蚀作用;受腐蚀后红层软岩试样破坏失稳过程中的声发射特征与试样中的裂纹萌生、扩展和贯通的演化特征密切相关;试样在破坏过程的声发射能量呈现"上升—峰值—下降—平缓"的演化规律,峰值前有声发射平静期;红层软岩在不同p H酸性溶液浸蚀95 d后单轴抗压强度均有所降低;随着浸泡溶液p H减小,化学腐蚀程度增大,溶蚀孔隙分布越多,试件在单轴荷载下压密阶段声发射特征越明显。试验结果可为受腐蚀区域红层软岩的长期稳定性的评价提供参考。     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

铁路混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究及技术对策

开展硫酸盐对混凝土的劣化作用机理研究是混凝土结构耐久性设计的基础。首先从物理结晶和化学腐蚀2个方面论述了硫酸盐引起水泥石劣化的途径和破坏形式。然后针对不同胶凝材料组成、强度等级和涂层防护的砂浆试件采用硫酸盐溶液分别进行干湿交替试验和浸泡试验。试验结果表明:在干湿交替条件下,提高砂浆强度和掺入防腐剂均有助于提高抗硫酸盐侵蚀能力,采用环氧沥青对水泥砂浆进行厚涂防腐后其具有良好的抵抗严重腐蚀的能力;在浸泡条件下,水泥砂浆掺入粉煤灰和矿渣粉均有助于提高其抗硫酸盐侵蚀能力,掺20%矿渣粉和掺30%粉煤灰效果接近。最后介绍了铁路主体结构混凝土抗硫酸盐侵蚀主要技术对策。     

CRTSⅡ型板式轨道砂浆快修对轨道结构受力性能的影响分析

以CRTSⅡ型板式无砟轨道结构为研究对象,结合现有的砂浆快修技术,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道快修砂浆的力学模型,采用有限元方法,计算列车荷载单独作用、正温度梯度和列车荷载共同作用以及负温度梯度和列车荷载共同作用3种工况下轨道板的最大拉、压应力,砂浆层最大垂向压应力和快修砂浆层以及轨道板的最大垂向位移。计算结果表明,在各种荷载的作用下,快修砂浆处的轨道结构受力均能够达到正常投入使用的标准,并且快修砂浆的应力值未超过其2 h强度值3 MPa,因此不需要对维修的轨道进行临时支护。     

受酸腐蚀砂岩力学特性及其统计损伤本构模型

酸性侵蚀环境使得隧道、桥梁、房屋等结构劣化，耐久性和承载性能降低，服役时间缩短，最终导致各种灾害事故发生。为深入探究酸性溶液对岩石力学性能的影响，采用室内长期加速腐蚀试验，对pH=1、3、5的盐酸HCl以及pH=7的蒸馏水(H₂O)腐蚀作用下砂岩的单轴力学劣化特性进行系统研究。基于连续损伤力学和统计理论，借助CT扫描试验分析结果，引入化学-荷载共同作用损伤变量，建立考虑受酸腐蚀砂岩应力-应变曲线压密段的统计损伤本构模型，基于单轴压缩试验结果对模型进行验证。研究结果表明，腐蚀岩样单轴压缩应力-应变曲线的压密段变长，弹性段变短，轴向峰值应力、弹性模量和泊松比减小，轴向、径向峰值点应变增大；腐蚀岩样的裂隙闭合点应变增大、裂隙压缩段变长、裂纹扩展段延长，其脆性特征减弱，柔性特征增强，岩样越来越表现出柔性材料的特征；浸泡溶液pH值越小，浸泡时间越长，岩样损伤软化效应越明显。试验曲线与理论曲线的对比结果表明，所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映受酸腐蚀砂岩在荷载作用下的变形特性。研究结果可为受酸腐蚀岩体的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

杂散电流与氯盐耦合作用下钢筋混凝土梁疲劳刚度衰减规律研究

通过钢筋混凝土梁在空气环境、杂散电流环境、氯盐环境和两者耦合环境下的疲劳试验,研究了这4种环境下梁的变形发展过程、刚度损伤过程和电化学腐蚀参数.结果表明,在不同腐蚀疲劳环境作用下,梁挠度-循环比和刚度损伤变量曲线呈三阶段特征,但其变化程度有所不同,空气环境最慢,氯盐环境到疲劳后期较快,杂散电流环境较快,耦合作用下最快....     

CA砂浆层破坏对无砟轨道结构受力特性影响

CA砂浆层掉块破坏是无砟轨道结构运营过程中最突出的病害之一,其破坏程度对无砟轨道结构运营的安全性与适用性具有重要影响。通过采用修正Burgers模型转换Prony级数表征CA砂浆的黏弹性,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道结构三维有限元模型,通过模拟CA砂浆层在板端和板中不同区域薄层掉块,研究车轮荷载作用下不同掉块位置、不同掉块大小对无砟轨道结构动力特性和结构位移的影响,分析掉块处轨道结构损伤演变规律和趋势,给出破坏界限建议值,为无砟轨道结构的养护维修提供理论依据和指导。研究结果表明：无论板端还是板中掉块,CA砂浆层破坏造成轨道板垂向加速度、垂向位移和纵向拉应力增幅明显,CA砂浆层掉块边缘位置的压应力急剧增大,而底座板垂向位移及受力逐渐减小;车轮荷载作用下,CA砂浆层板端薄层掉块达到0.912 5 m,板中掉块达到1.25 m时,轨道板的垂向振动和CA砂浆的压应力将会显著增大,应及时对轨道结构进行检修,避免轨道结构破坏快速扩展。     

循环荷载历史下CA砂浆的动态受压试验研究

研究目的:为研究历经不同循环荷载历史和不同应变速率对铁路轨道系统CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响规律,进行CA砂浆圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为1×10~(-5)~1×10~(-2)s~(-1)时的单轴受压特性试验。研究结论:(1)应变速率和循环荷载历史对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变速率的增大而提高;(3)在相同的应变速率下,CA砂浆的抗压强度随循环荷载次数和循环荷载幅值的增加而降低,最大降低幅度为8.34%;(4)当循环荷载幅值较小时,CA砂浆的弹性模量随循环荷载次数的增加而增大,最大增加幅度为59.17%;(5)在相同的应变速率下,CA砂浆的峰值应变随循环荷载次数及循环荷载幅值的增大呈降低趋势,且应变速率对峰值应变的影响小于循环荷载历史的影响;(6)该研究成果为进一步了解历经循环加载历史后板式无砟轨道的力学性能提供必要的试验依据,进而应用于指导CA砂浆材料优化设计中。     

灌入保水砂浆后钢桥面铺装洒水降温效果分析

夏季钢箱梁表面的铺装层温度可达60℃,沥青混凝土的蠕变成为突出问题,在行车荷载作用下容易产生车辙。通过在沥青铺装层表面灌入保水砂浆和洒水的方法,可降低铺装层的温度。试验共设计制作3个试块,其中在1个试块表面灌入保水砂浆,通过模型试验研究了普通桥面铺装、带保水砂浆的桥面铺装在不同洒水量下的降温效果。试验结果表明:普通试块的保水效果较差,洒水50 mL后温度降低了4. 5℃,温度回升到洒水前的温度所需时间为50 min;普通试块温度达到60℃用时90 min,而保水试块用时171 min;对于保水试块,洒水量为100 mL时,温度降低了7℃。     

高速铁路桥梁装配式桥面系力学性能试验研究

研究目的:京雄城际固霸特大桥是我国智能铁路桥梁建设的示范性工程,首次采用整体装配式桥面系设计方案。为掌握这种新型装配式桥面系的力学性能,本文通过脱轨荷载试验、边墙承载力试验、构件纵向连接性能试验和破坏试验,系统地检验主要构件的受力性能和破坏形态。研究结论:(1)预制试件与桥梁结构间连接构造的安全性和可靠性满足设计要求;(2)在脱轨荷载作用下,砂浆层开裂失效,防护墙受拉区出现分布式裂缝,但仍处于弹性状态,防护墙承载力满足设计要求;(3)在设计荷载作用下,边墙表面无可见裂纹,底部砂浆层无可见缝隙,边墙承载力满足设计要求;(4)本研究成果可为高速铁路桥梁装配式桥面附属应用提供技术支撑。     

工作荷载和高地温环境下锚杆极限拉拔力试验研究

针对复杂工程环境中高地温导致锚杆支护结构锚固性能劣化和结构损伤的现象,研究工作荷载和高温同时作用下对其极限拉拔力的影响。基于力学相似原理设计并制作了3组共9个锚杆试件,通过室内逐级加载拉拔试验,得到试件在不同工作荷载和养护温度作用下,锚杆的极限拉拔力变化规律。研究结果表明:工作荷载越大养护温度越高的试件其裂缝数量最多且宽度最宽;所有锚杆试件的荷载-位移曲线大致相同并且都存在弹性、屈服、塑性强化和拔出破坏4个阶段,曲线呈现三折线特征;当试件的工作荷载一定时,试件的极限拉拔力随养护温度的升高呈现先增高后降低的规律;当试件的养护温度一定时,试件的极限拉拔力随工作荷载的增大而减小。     

CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间离缝机理研究

板式无砟轨道结构层间界面为力学薄弱面,在温度和外荷载作用下,容易发生离缝。建立CRTSⅡ型板式无砟轨道多层薄板体系全过程三维渐进损伤力学模型,分析服役前界面损伤发生、发展过程和离缝机理,以及服役后考虑历史损伤和损伤累积效应下离缝的动态演化机制。结果表明:"单元→纵连(未服役)→服役"全过程中,轨道结构在正、负温度梯度,以及整体温升和列车"拍打"作用下,层间界面不同区域发生主拉伸型、混合型和主剪切型损伤。损伤累积导致层间离缝,离缝主要从主剪切型损伤区域开始,损伤和离缝发展存在继承性。单元状态下,温度梯度较小时界面即出现一定程度损伤,且损伤随温度梯度值的逐渐增大而不断发展,但实测温度梯度多在-40～90℃/m"安全温度梯度"范围内,此时离缝发生的可能性很小。纵连(未服役)状态下,"整体温升+正温度梯度"为最不利荷载组合。在整体温升条件下,层间界面离缝产生对应的正温度梯度值显著降低。服役状态下,受列车循环冲击荷载作用,若承轨台下存在既有离缝,轨道板将"拍打"CA砂浆层,离缝发展成"花生壳状"。随着冲击次数的不断增加,离缝继续发展。     

CA砂浆离缝对桥上CRTS Ⅰ型板式无砟轨道的影响分析

我国高速铁路无砟轨道无缝线路发展迅速,但随着列车的运营,轨道板与CA砂浆层之间常会出现离缝,这将对无砟轨道的长期服役性能产生一定的影响。以高速铁路多跨简支梁上CRTS Ⅰ型板为例进行分析,研究板边、板端、板角、板中4种典型CA砂浆离缝病害对轨道几何形位及对无缝线路受力变形情况的影响。研究结果表明:离缝病害作用下,随着桥轨间温差变大,轨道水平偏差增幅较大,轨道高低偏差最值偏大,并且板端病害对离缝区平顺性影响大。在温度荷载作用下含病害的轨道结构伸缩受力更加明显,尤其体现轨道板、底座板上,其中板边位置的病害受力变形最为明显。在列车荷载作用下在离缝病害区域轨道结构挠曲受力情况变化较大,其中板角及板端病害影响大。根据计算结果建议在无缝线路养护维修时着重检查轨道板及底座板下表面的情况,及要注意检修钢轨正下方病害情况。     

不锈钢钢筋混凝土梁动态损伤试验与数值模拟

为了研究不锈钢钢筋混凝土梁(SRC梁)在冲击荷载作用下的损伤行为,采用国内先进超高重型落锤冲击试验系统对2组钢筋混凝土梁进行竖向冲击试验,并建立考虑材料率效应的有限元模型,对实验结果进行验证与拓展.研究结果表明:在冲击荷载作用下,等截面代替后合理配筋的SRC梁具有较好的抗冲击性能;若梁的损伤逐渐接近完全破坏,则跨中峰值位移与残余位移的比值逐渐减小并趋于1.5;SRC梁的最大极限位移较RC梁大;梁整体的破坏类型主要取决于抗弯、抗剪、抗开裂能力是否能承受局部破坏后剩余的冲击荷载;分析得出局部响应阶段梁扰动区域内力计算的经验公式.     

CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆变形及力学特性动三轴试验研究

CA砂浆是板式无砟轨道的关键组成部分,起弹性垫层的作用。为研究CRTSⅡ型CA砂浆在围压和荷载幅值耦合作用下的变形及疲劳后力学特性,采用GDS三轴仪在5种荷载幅值(0.3,0.35,0.4,0.45,0.5 kN)和4种围压(0,200,400,600 kPa)作用下进行室内动三轴试验,得到累积应变及疲劳后峰值强度的变化规律,并对影响疲劳后峰值强度的荷载幅值和围压进行二元线性回归分析。结果表明:疲劳后的峰值强度随荷载幅值的增加而线性降低,随围压的增加而线性增加;围压增大,荷载幅值对峰值强度的影响减弱,荷载幅值增大,围压对峰值强度的影响作用增强;荷载幅值和围压二元线性回归分析的相关系数为0.973;同一围压下,累积应变随循环次数增加而增加,增长速度渐渐变缓;同一循环次数下,累积应变随荷载幅值的增加而增加,且随着围压增大,荷载幅值对累积应变的影响减弱。     

察尔汗盐湖岩盐路基应力作用下溶蚀特性试验研究

为研究察尔汗盐湖岩盐路基在应力作用下的溶蚀特性,对察尔汗盐湖岩盐试样通过控制围压、轴向应变和溶蚀时间的方法,并采用位移加载方式,进行单轴和三轴压缩条件下的岩盐应力-溶蚀耦合效应的力学试验,得出了岩盐在应力作用下的溶蚀特性:(1)随着围压的增大,岩盐溶蚀质量呈现逐渐减小的趋势,即在岩盐收到较大侧向限制时,岩盐在上部荷载作用下产生了较小的塑性变形,减少了水溶液与岩盐的接触面积,从而使溶蚀速率减缓;(2)荷载作用下,岩体所产生的裂缝加大了水溶液与岩盐颗粒的接触面积,即在处理岩盐地基时需考虑减小岩盐地基岩体的孔隙。     

钢轨滚动疲劳裂纹与磨损耦合关系研究

随着高速、重载铁路的发展,轮轨滚动磨损与疲劳损伤严重影响列车的运行安全.本文在JD-1型轮轨模拟试验机上研究干态工况下2种钢轨材料在2种处理工艺下4种试样的滚动磨损及疲劳损伤性能,利用显微硬度计和扫描电子显微镜(SEM)对试样表面硬度变化、磨损量及疲劳裂纹形成情况等进行对比分析.结果表明,由于加工硬化作用试验后所有试样的硬度均有提高;热处理工艺对钢轨材料的磨损和疲劳性能具有明显影响;钢轨的抗磨损与抗疲劳性能是两种不同的材料特性,两者表现为相互竞争与制约的耦合关系,即磨损严重时疲劳损伤表现相对轻微;适当降低材料含碳量,增加钢轨的磨损率有利于延长钢轨的疲劳寿命.