轨道板与砂浆粘结试验及内聚力模型参数研究

研究目的:目前轨道板与CA砂浆层离缝损伤是我国CRTSⅡ型板式无砟轨道主要损伤形式,本文为研究砂浆层离缝损伤机理,制作混凝土和砂浆复合试件进行劈拉和剪切模型试验,采用数字图像相关(DIC)技术得到加载过程的层间应变场分布,分析得到内聚力模型参数,并采用有限元软件计算内聚力模型参数且与试验结果进行对比验证,得到轨道板与砂浆层间力学特性及其破坏模式。研究结论:(1)DIC技术能较好地描述复合试件的层间应变场分布,以及层间损伤、裂纹萌生、扩展及破坏的全过程;(2)轨道板与砂浆层间粘结破坏属脆性破坏,层间法向和切向张力-位移关系均表现为双线性关系;(3)轨道板与砂浆层间参数可取法向内聚强度1.792 MPa、界面刚度708.485 MPa/mm、临界断裂能0.025 2 mJ/mm~2,切向内聚强度0.956 MPa、界面刚度63.039 MPa/mm、临界断裂能0.018 mJ/mm~2;(4)本研究成果可用于分析轨道板与砂浆层间损伤开裂行为,可为Ⅱ型板式轨道结构的设计及维修提供理论依据。     

混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应的细观数值研究

为从细观结构上研究混凝土的劈裂抗拉强度及其尺寸效应,采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者问的黏结带构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉,并对其劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究.结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土劈拉破坏的薄弱环节,混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,所采用的数值模拟计算方法基本可行.     

温度作用下连续梁桥上CRTSⅡ型板板端宽裂缝对钢轨应力以及桥墩纵向力的影响研究

CRTSⅡ型无砟轨道板板端新旧混凝土交界面薄弱,在低温情况下轨道板收缩,轨道板板端新旧混凝土交界面处出现板端宽裂缝,并伴随轨道板下界面与 CA 砂浆层粘结失效出现脱粘裂缝.在出现裂缝的情况下,分析温度升高对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响.考虑轨道板板端裂缝宽度、CA砂浆粘结失效裂缝长度和脱粘CA砂浆块与轨道板下界面之间的摩擦系数三项因素对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响,从钢轨附加温度应力以及桥墩纵向力的角度对板端宽裂缝的灌浆填缝修补措施进行了评价.     

碳纤维编织网增强磷酸镁水泥砂浆界面黏结性能研究

为研究碳纤维编织网增强磷酸镁水泥砂浆加固法(TRMM)中2个界面(砂浆-混凝土、碳纤维编织网-砂浆)的黏结性能,对21个黏结试件进行了弯折试验。研究变量包括界面处理方式(打磨、刻槽、凿毛)、磷酸镁水泥砂浆(MPCM)类型(MPCM、聚乙烯醇纤维(PVA)改性MPCM)、碳纤维编织网处理方式(表面涂层、表面涂层+粘砂、浸渍+粘砂),分析了试件破坏模式和在不同变量下黏结性能变化规律。结果表明,砂浆-混凝土界面黏结性能随着界面粗糙度的提高而增强,当粗糙度由0.77 mm提高至1.97 mm,试件由脆性破坏变为延性破坏;PVA可通过桥联作用改善碳纤维编织网-砂浆界面黏结性能;浸渍和粘砂后碳纤维编织网-砂浆界面黏结性能显著增强,界面黏结强度提高68%。     

钢-混凝土组合梁预应力施工阶段受力性能试验研究

通过9个钢-预应力混凝土组合梁的模拟试验研究，对钢-混凝土组合梁在预应力施工阶段的受力性能、界面滑移分布规律及主要影响因素进行了深入探讨。试验表明，在钢-预应力混凝土组合梁的预应力张拉端或锚固端的非协调工作区较小，钢-混凝土组合梁设计控制区的有效预应力可按基于钢-混凝土换算组合截面的材料力学方法计算，界面滑移的影响可忽略不计。     

钢—混凝土组合梁预应力施工阶段受力性能试验研究

通过9个钢－预应力混凝土组合梁的模拟试验研究，对钢－混凝土组合梁在预应力施工阶段的受力性能，界面滑移分布规律及主要影响因素进行了深入探讨，试验表明，在钢－预应力混凝土组合梁的预应力张拉端或锚固端的非协调工作区较小，钢－混凝土组合梁设计控制区的有效预应力可按基于钢－混凝土换算组合截面的材料力学方法计算，界面滑移的影响可忽略不计。     

多条焊缝组合应力场分布研究

对多条焊缝残余应力场分布进行测试研究,结果表明,多维残余应力场分布同多道焊的顺序、工艺等有关,相互之间应力的强弱直接决定着多维残余应力场的分布。焊缝部位残余应力最大,距离多维焊缝25 mm以上拉应力迅速降低接近于0 MPa,50 mm以上基本均为残余压应力。多维残余应力场分布中拉应力分布面积有限,且拉应力随着距焊缝距离的增加迅速衰减,试样端部残余应力均小于内部焊缝处残余应力。主焊缝或最后1道焊在消除残余应力时,应作为主要部位予以重点关注。     

水泥乳化沥青砂浆微观结构分析

1 概述 材料的宏观性能是其微观性能的具体反映,是内在微观性能的外在表现[1-3].水泥乳化沥青砂浆材料的微观结构及性能决定了无机-有机复合水泥乳化沥青砂浆材料的力学行为和耐久性能.通过对水泥乳化沥青砂浆材料的孔结构分析、SEM分析,以及水泥乳化沥青砂浆与混凝土界面结合方式的分析研究,得出水泥乳化沥青砂浆材料微观结构和组成砂浆材料与种类密切相关.研究结论有助于加深对水泥乳化沥青砂浆复合材料微观性能的认识,进一步提高该材料的技术开发与应用水平.     

高速铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道复合轨道板受力特性研究

复合轨道板为高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道的核心部件。基于现场试验开展了复合轨道板自密实混凝土收缩应力、温度翘曲应力及复合轨道板动应力3方面的试验研究,以进一步了解复杂因素作用下复合轨道板的受力特性。研究表明:板下自密实混凝土龄期达到100 d时,其收缩变形趋势逐渐平缓,由约束引起的板下自密实混凝土收缩拉应力约0.7 MPa;研究提出了正温度梯度作用下复合轨道板温度翘曲应力的实用计算式,以及复合轨道板自密实混凝土纵向动拉应力实用计算式,可推算不同温度梯度及动车组作用下复合轨道板承受温度翘曲应力和动拉应力;综合分析表明,在自密实混凝土收缩、温度梯度、列车荷载等因素作用下,复合轨道板承受的静动态拉应力可达4 MPa,应力幅值较大,受力状态较为复杂。     

铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道复合板横向弯曲试验研究

为研究CRTSⅢ型板式轨道体系中轨道板与充填层形成复合板的复合受力性能,利用与实际工程相同的材料及工艺制作一个足尺CRTSⅢ型板式轨道体系模型,沿横向切割形成单承轨台和双承轨台的轨道板-自密实混凝土(SCC)充填层复合板试件,对试件开展复合板的横向三点弯曲静载试验研究,得到横向弯矩作用下轨道板与充填层的应力分布、变形发展规律及破坏形态。结果表明,横向弯矩作用下复合板试件的受力破坏表现出明显的两阶段特征:界面滑移之前轨道板与充填层能整体协同受力和变形;界面发生滑移后,轨道板与充填层表现出叠合受力的特征。轨道板板底粗糙度、门形筋数量是决定轨道板与充填层界面黏结滑移行为和复合受力性能的两个关键因素。     

型钢混凝土界面试验研究及损伤分析

研究目的:既有关于型钢混凝土组合结构界面粘结关系的研究大多采用有限元模拟或利用推出试验的结果进行拟合分析,而理论研究多未考虑界面损伤对粘结的影响。为得到能真实反映界面粘结情况的粘结力模型,本文基于型钢混凝土推出试验结果,提出界面粘结力模型,并引入界面损伤的概念,分析界面破坏全过程的界面应力演化规律。研究结论:(1)不同试件界面极限承载力因界面粘结情况不同而存在差异,界面破坏后,混凝土对型钢的握裹力基本保持不变,且混凝土与型钢间的动摩擦系数为恒定值;(2)界面所处的状态可分为弹性、损伤及剥离三种状态,粘结力模型参数推荐取值为:界面粘结承载力0. 818 7 MPa,界面摩阻力0. 391 4 MPa;(3)全界面破坏过程将经历完全弹性阶段、弹性-损伤阶段、弹性-损伤-滑移阶段、损伤-滑移阶段、滑移阶段五个阶段;(4)在完全弹性阶段,粘结力的最小值出现在自由端附近而非自由端处;(5)本研究成果可为型钢混凝土组合结构设计中界面粘结关系及界面应力演变规律的确定提供参考。     

减振型无砟轨道对CA砂浆力学性能要求研究

为研究城市轨道交通地铁线路减振型无砟轨道的使用对CA砂浆力学性能的要求,基于有限元理论,建立减振型单元板式无砟轨道的梁－体模型。一方面,研究减振垫的刚度对CA砂浆的变形和受力影响;另一方面,研究CA砂浆自身的弹性模量对其本身变形和受力的影响。研究结果表明：由于减振垫自身刚度较小的缘故,导致CA砂浆承受较大拉应力而存在受拉破坏的危险,随减振垫刚度的减小,CA砂浆和上部结构均会出现较大变形,进而影响轨道平顺性和行车安全;随CA砂浆自身弹性模量的增大,CA砂浆层所受拉应力随之增大,因此在配制高弹性模量的CA砂浆材料的同时必须保证其抗拉强度能够满足CA砂浆抗拉的要求。     

某在建地铁车站主体结构开裂原因分析及整治

针对某地铁车站施工过程中站厅层侧墙部位及顶板部分区域混凝土开裂的现象,结合具体施工状况进行定性分析,依次对混凝土材料及地下水因素进行排查;建立力学模型分析,并利用ABAQUS有限元软件对该车站受力情况进行分析,得到其主拉应力场,进而对裂缝发生的区域进行推测。结果表明:若回填过程中使用大型压路机直接压实,则会使得车站顶板最大拉应力增加近一倍,会加大混凝土开裂的可能性;土体弹性模量的增加,能够使车站顶板最大拉应力得到有效控制,因此基底土体的加固能有效防止地铁车站混凝土开裂;钢便桥范围对顶板最大拉应力影响不大,但会改变顶板受拉范围,因而应尽量铺设较小范围的钢便桥。此外,还对裂缝治理措施及其效果进行了介绍,可为其他类似工程提供借鉴。     

预应力混凝土箱梁的端块应力分析

秦沈客运专线大量采用32 m预应力混凝土箱梁,其端部的锚下应力分布复杂。利用有限元软件建立箱梁的三维实体模型,并详细分析计算结果,得出以下结论:端块长度约为1个梁高,与预应力传递长度基本相同;端块不仅分布有纵向应力还有横向拉应力,甚至超过了混凝土抗拉极限强度。因此建议在设计过程中,应将端块应力控制在混凝土抗拉极限范围内,对局部高应力区应配置足够的非预应力筋以限制裂缝开展。     

混凝土双面粘贴碳纤维片材的直剪应力分析

近年来,采用外部粘贴碳纤维(CFRP)片材加固混凝土结构的新技术,在国际上受到普遍重视且其应用较广。在此项技术中,片材与混凝土的粘结至关重要．．混凝土双面粘结CFRP的直剪试验用于研究界面粘结应力较为适宜。目前此类试验已逐渐开展,但有关应力分析尚未见报道。研究以线弹性理论为基础,推导了双面直剪试验中碳纤维片材与混凝土之间的粘结应力理论表达式,同时分析了混凝土和碳纤维的应力,此外还进行了三维有限元计算,并对该理论解加以验证。结果表明：剪应力沿粘结长度的分布存在应力奇异的现象,最大的剪应力出现在粘结界面的端点;所得解析解用于计算直剪试验中的粘结应力简便可行,对有关研究和实践具有参考价值。     

落锤冲击下混凝土圆柱体动力效应数值模拟

为研究混凝土材料在低速冲击下的动力效应,对一组应变率在100/s~101/s范围内的混凝土圆柱体落锤轴向冲击试验进行数值模拟研究。以自研发混凝土动态应力传感器实测应力-应变曲线为基准,对混凝土连续面盖帽模型(CSCM模型)关键参数进行参数优选,计算得到不同冲击速度下的冲击力时程、试件应力、试件内能、侵蚀内能、应变率及动力增强系数(DIF)的变化规律,获取试件损伤破坏云图。研究结果表明:试件应力、应变率和试件内能与冲击速度大致呈线性关系,混凝土材料动力增强系数与应变率大致呈抛物线关系。对比计算损伤破坏云图与试件破坏的高速摄影照片可知,经过参数优选后的CSCM模型,在低速冲击范围内有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。     

配筋RPC轴向拉伸试验对中保证措施研究

配筋活性粉末混凝土轴拉试验的难点在于如何确保在试件轴向施加载荷,并且使试件在设计的均匀应力段断裂。为此,对配筋活性粉末混凝土试件进行了对中保证措施研究,提出外夹式哑铃型试件应力集中问题的解决措施,取得较好的试验效果。     

RPC-NC叠合面剪切滑移试验研究

RPC(活性粉末混凝土)作为一种新型超高性能混凝土材料,具有高耐久性、高抗拉压强度及优异的变形能力。但由于其生产工艺相对复杂,制作成本相对较高,预制RPC构件多为实际工程所用。为了克服RPC在实际工程中应用的局限性,各种RPC组合构件应运而生,其中RPC与NC(普通混凝土)叠合构件即为一种有效的应用途径。然而,RPC-NC叠合构件叠合面的力学性能是决定两种材料是否能良好共同工作的关键因素。对36个RPC-NC双面剪切试件进行试验研究,考虑NC强度等级、叠合面正压力等级的影响,对试件破坏形态及剪应力与界面滑移量曲线进行分析。结果表明,无侧向压力试件界面抗剪强度随普通混凝土强度等级升高而增大;有侧向压力试件其抗剪强度随侧压力等级升高而大幅增加,但增加幅度逐渐减缓。