LEM-SHCC制备及其在全无缝桥路桥连接板应用

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全无缝桥路桥连接板在使用过程中要承受梁体因温度变化、混凝土收缩和徐变等引起的纵向变形,易开裂破坏,严重影响结构耐久性。本文在常用应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening Cementitious Composites,SHCC)中掺入橡胶粉部分替代细砂,研发了一种新的低弹模(Low Elastic Modulus,LEM)应变硬化水泥基复合材料(称为LEM-SHCC)用于全无缝桥路桥连接板的建造,以达到降低板的内力、提高材料延性、减小板裂缝宽度和提高板的耐久性目的。同时,将废弃轮胎制成的橡胶粉用于建筑材料,还为处理因废弃轮胎而产生的“黑色污染”问题提出了一种有效的解决途径。主要研究内容如下:(1)本文采用了粒径为80目的橡胶粉分别以5%、10%、15%、20%等体积替代细砂,加入到SHCC中制备LEM-SHCC。通过对其进行材性试验,发现橡胶粉的掺入有效地提高了 SHCC材料的延性,但降低了其强度。橡胶粉掺量越大,其强度越小,橡胶粉的掺量不宜超过15%。同时,和60目橡胶粉体积掺量为15%的LEM-SHCC材料对比测试,发现同体积掺量下80目组LEM-SHCC强度大于60目组,80目橡胶粉体积掺量15%的LEM-SHCC抗拉强度较SHCC下降了 30%,但是拉伸应变增加了50%。(2)由于橡胶粉的掺入同时影响LEM-SHCC的拉压性能,本文提出了一种LEM-SHCC材料评价方法一拉/压应变比差dr,表述了 LEM-SHCC拉伸性能提高与抗压性能下降之间的关系,用于该材料性能评价,确定了适用于全无缝桥路桥连接板的最优体积掺量,即为15%。(3)通过对LEM-SHCC路桥连接板的拉伸试验,模拟温降荷载对其受力特点以及变形能力的影响,发现LEM-SHCC路桥连接板有强大的承受变形能力,在纵向变形为10mm时,表面微裂缝多(约180条),裂缝间距小,且开裂后裂缝宽度控制在65μm以内,卸载后裂缝闭合,满足全无缝桥路桥连接板的变形和受力的需求。(4)本文中采用的LEM-SHCC材料的拉伸本构关系是依据其拉伸应力-应变关系获得的二折线本构模型,通过有限元分析软件对LEM-SHCC路桥连接板拉伸试验进行分析,获得了 LEM-SHCC板内力分布和变形情况,其变化规律与实测值基本一致,验证了该本构模型在有限元分析的正确性。(5)采用有限元分析软件考虑橡胶粉掺量、板底摩擦系数和板长等敏感参数对LEM-SHCC路桥连接板受力性能的影响。研究结果表明橡胶粉用量的改变对其有很大的影响,橡胶粉掺量越大,其内力越小;同板长条件下,板底摩擦系数对LEM-SHCC的受力性能影响不大;板长对其性能影响较大,且随着板长的增长,板的内力明显减小。
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