基于復合梁的鋼橋面鋪裝斷裂判據(jù)及疲勞壽命研究.pdf

1、鋼橋面鋪裝主要用于提高行車的舒適性和鋼橋面的耐久性，如何延長其使用壽命是鋼橋面鋪裝設計的重要內容。但開裂這一早期病害卻大大制約了橋面鋪裝的耐久性和服務壽命。因此鋼橋面鋪裝層裂縫的啟裂及擴展機理、鋪裝的剩余壽命等損傷斷裂力學問題成為學術界和工程界關注的焦點。 鋼橋面鋪裝層的受力與變形特性受鋼橋面板控制，因此研究橋面鋪裝層的力學性能時，必須將鋼板和鋪裝層視為有機的復合結構。但目前鋪裝的斷裂參數(shù)主要是采用鋪裝材料的標準試件通過室內試驗

2、研究得到，沒有考慮鋼橋面板與鋪裝的復合結構因素，僅從材料角度和裂縫位置出發(fā)進行研究。本文作為國家自然科學基金“鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層疲勞損傷與壽命預估研究”(基金編號：50578038)項目的一部分，以復合梁為研究對象，從斷裂力學的基本理論入手，通過室內復合梁三點彎曲試驗研究橋面鋪裝復合結構的COD斷裂參數(shù)，并建立COD斷裂判據(jù)；利用數(shù)值分析方法，選取三種不同復合梁尺寸研究橋面鋪裝斷裂參數(shù)的尺寸效應，并分析COD設計曲線在鋪裝安全裕

3、度評價中的應用；結合復合梁的疲勞試驗和COD理論研究橋面鋪裝的疲勞性能，預估橋面鋪裝的疲勞壽命。 研究結果表明，溫度對鋼橋面鋪裝的斷裂特性影響明顯。復合梁的啟裂臨界裂縫尖端開口位移CTOD<,ini>和失穩(wěn)臨界裂縫尖端開口位移CTOD<,max>隨著溫度升高而增大；并分析試驗得到的CTOD<,c>的有效性，在此基礎上提出了COD判據(jù)。 利用ADINA軟件對復合梁斷裂參數(shù)的尺寸效應進行了數(shù)值分析。研究發(fā)現(xiàn)：(1)隨著預制切

4、口深度的增加，裂縫啟裂、失穩(wěn)時的J積分和裂縫亞臨界擴展量逐漸降低，文章用邊界理論解釋了這一現(xiàn)象；(2)J<,ini>、J<,max>和裂縫亞臨界擴展量隨環(huán)氧瀝青混凝土的模量增大而變?。?3)復合梁的幾何尺寸對斷裂參數(shù)也有一定影響，隨著復合梁尺寸的增大，J<,ini>、J<,max>值減小，但差值最大僅為11.8％，說明室內試驗研究選取的復合梁模型尺寸有代表性。 最后，采用帶有預制切口的復合梁進行疲勞試驗，利用COD理論研究橋面鋪

5、裝的疲勞性能，并預估鋪裝的疲勞壽命。研究發(fā)現(xiàn)：(1)復合梁在穩(wěn)定擴展后期CTOD很緩慢地增加，沒有出現(xiàn)一般情況的裂縫快速擴展，分析原因主要是因為復合梁疲勞試驗與實際橋面的受力方式不同引起的；(2)不同疲勞荷載作用下復合梁啟裂時CTOD值均為0.08mm左右，而失穩(wěn)時CTOD值均在0.21mm左右，可以把裂紋尖端位移0.21mm作為鋪裝的疲勞失效判據(jù)；(3)CTOD增長率與疲勞次數(shù)之間有很好的相關性，對兩者進行統(tǒng)計回歸得到橋面鋪裝疲勞壽命