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原文传递水力冲击钢筋混凝土破碎特征及损伤演化规律研究

论文题名：	水力冲击钢筋混凝土破碎特征及损伤演化规律研究
关键词：	钢筋混凝土道路;水力冲击;破碎特征;损伤演化
摘要：	随着时间发展，大量钢筋混凝土道路需要面临维修改造工作，钢筋混凝土维修改造往往需要对病害处局部破碎清除，以便重新浇筑、翻新，由于钢筋混凝土结构力学性能较好，且混凝土内部钢筋分布复杂，现如今多采用爆破、振动锤等破碎技术。在施工过程中会产生大量的粉尘和噪音，不能达到精准和高效的破拆，容易造成二次破坏。磨料水射流破碎钢筋混凝土在安全、环保、质量等方面优势显著。但磨料水射流在工作时比能耗高，射流的有效破碎范围较小，而解决这些问题的关键在于对钢筋混凝土材料在高速液体冲击作用下的一般破坏性规律和致裂机理进行深入研究。因此，本论文重点围绕以上关键科学问题，结合力学冲击试验、SPH数值模拟方法、CT扫描及数字图像处理技术开展系统研究，得出以下结论：　　（1）通过水射流冲击钢筋混凝土破坏特征探究表明，磨料水射流冲击下，钢筋混凝土试件出现的外部宏观破坏特征主要包括冲击点为中心的不规则破碎坑和钢筋混凝土侧面的宏观裂纹。钢筋混凝土相对于素混凝土的主要区别是在钢筋混凝土侧面产生明显的环向裂纹。钢筋混凝土破碎坑整体尺寸较小，损伤范围主要集中在钢筋混凝土的上部区域。基于CT扫描技术，还研究了钢筋混凝土试件内部损伤特征，研究发现裂纹主要发生在钢筋与混凝土接触区域，并沿着钢筋横向扩展和延伸。在砂浆与集料接触区域，还有一些衍生裂纹，一部分是沿着砂浆与集料接触区域扩展，而另一部分则是穿透骨料的裂纹。　　（2）基于水射流冲击钢筋混凝土数值模拟研究分析，发现在冲击初期，钢筋混凝土受到压剪应力的共同作用而破碎，形成破碎坑。随着射流冲击的持续作用，钢筋混凝土出现交叉的条状裂纹和贯通的损伤，沿钢筋的微裂纹拓展形成宏观裂纹。钢筋上下两侧的损伤区域出现明显的不同，钢筋上部区域的混凝土损伤会不断发展并最终剥落。通过数字图像处理技术，还研究了钢筋混凝土参数对射流冲击破碎效果的影响，研究发现，随着钢筋混凝土配筋率的增加，钢筋混凝土破碎度经历缓慢降低阶段和快速降低阶段；随着混凝土强度的增加，钢筋混凝土破碎度经历快速降低阶段和缓慢降低阶段；随着钢筋混凝土箍筋强度的提升，钢筋混凝土破碎度经历快速降低阶段和缓慢降低阶段。　　（3）通过水力冲击钢筋混凝土数值模型发现，水射流速度v对钢筋混凝土破碎度影响最大，磨料浓度C、射流直径d对钢筋混凝土破碎度的影响次之，最后是靶距H。随着射流直径和磨料浓度的增加，钢筋混凝土混凝土的破坏程度呈先增大后减小的趋势；而随着射流速度的增加，钢筋混凝土破坏程度也会不断增加；随着靶距的增加，钢筋混凝土整体破碎度则会减小。在本文设定的特定工况下，最佳的水力参数组合方案为：H=0.0mm、C=20%、v=720.0m/s、d=3.0mm。
作者：	刘仁杰
专业：	交通运输
导师：	刘佳亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023