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原文传递橡胶混凝土路面板的抗冲击性能研究

论文题名：	橡胶混凝土路面板的抗冲击性能研究
关键词：	路面板;橡胶混凝土;抗冲击性能
摘要：	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。
作者：	董亚杰
专业：	土木工程
导师：	薛刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	内蒙古科技大学
学位年度：	2022