【摘 要】
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我国二级及以下公路和乡村道路多采用水泥混凝土路面,当山区公路遭遇落石冲击、山体滑坡等自然灾害时,对路面结构造成的破坏作用巨大。橡胶混凝土具有延性好、韧性强、变形能力优等特点,是良好的路用材料,已经应用于部分路面工程中。目前关于橡胶混凝土的抗冲击性能研究主要集中在材料方面,用于路面结构的研究较少;本文采用橡胶混凝土设计复合结构路面,对其抗冲击性能进行系统研究。基于自由落锤冲击试验,研究了不同材料、不
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我国二级及以下公路和乡村道路多采用水泥混凝土路面,当山区公路遭遇落石冲击、山体滑坡等自然灾害时,对路面结构造成的破坏作用巨大。橡胶混凝土具有延性好、韧性强、变形能力优等特点,是良好的路用材料,已经应用于部分路面工程中。目前关于橡胶混凝土的抗冲击性能研究主要集中在材料方面,用于路面结构的研究较少;本文采用橡胶混凝土设计复合结构路面,对其抗冲击性能进行系统研究。基于自由落锤冲击试验,研究了不同材料、不同结构型式的路面板试件的破损形态、冲击能量、加速度峰值等方面;得出结论:采用橡胶混凝土作为冲击接触面的试件最终破坏时,上表面仅有一条水平方向的裂缝,同时表面有凹坑产生;以普通混凝土作为冲击接触面的试件最终破坏时,上表面产生十字裂缝,同时存在交错裂缝。通过试验得出了各试件最终破坏的冲击能量,其中将橡胶混凝土置于上层的分层板试件CRC-U破坏时的冲击能量最高。试验加载前期采用三种不同质量的钢球a、b、c对试件依次进行5轮加载,共计15次,对试件表面测点1处的加速度峰值进行同球对比分析可知:试件NC在3球加载下加速度峰值同球对比均呈递增趋势,试件CRC-U在a、b球加载下加速度峰值同球对比呈现递减趋势;试件CRC与试件CRC-D在c球加载下加速度峰值同球对比均呈现递减趋势。可知橡胶混凝土的加入不同程度上降低了混凝土板的加速度峰值。利用声发射检测系统得到试件内部的声发射源信号定位点,并绘制三维坐标分布图;由图可知:声发射的定位点分布与试件开裂、裂缝扩展的趋势基本吻合;分析声发射定位点的分布情况可知:试件在加载前期内部已产生了初裂缝,初裂缝的产生对后期贯通裂缝的形成具有决定作用。分析声发射源信号定位点的数量可知,试件NC最终破坏时板内的定位点数目多于试件CRC;试件CRC-D的声发射定位点分布在上层的比例大于试件NC,试件CRC-U的定位点分布在上层的比例小于试件NC;可知橡胶混凝土的加入减少了试件内部的破损。通过ABAQUS建立有限元模型进行冲击模拟,对各个模型进行了3次累计冲击模拟;提取与试验中测点1处相同位置的加速度峰值进行对比,结果吻合较好。验证模拟的有效性后,采用更高的冲击速度对各模型进行了单次冲击模拟,分析了各模型的冲击能量吸收能力;其中CRC-U的能量吸收能力最佳。通过分析各模型受冲击中心的冲击力、冲击位移结果表明,模型CRC的冲击力最小,冲击位移最大。将模拟结果与采用Hertz半正弦函数算法计算的各试件的最大冲击力进行对比,结果表明两者具有相同的规律性。可知全部采用橡胶混凝土浇筑的试件CRC变形能力较好,而将橡胶混凝土置于上层的试件CRC-U能量吸收率最高。综合分析:橡胶集料的掺入都不同程度上改善了混凝土板的抗冲击性能,其中试件CRC在冲击作用时的位移较大、冲击力较小,表现出良好的变形能力;试件CRC-D的最终破坏形态较轻,模拟中冲击作用下的塑性应变较小;试件CRC-U的抗冲击次数最高、能量吸收率最高;是性能最佳的试件,其缺点是由于试件表面的强度略低,冲击荷载作用下容易产生凹坑。
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