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环氧沥青混凝土的断裂参数及断裂能研究
| 论文题名： | 环氧沥青混凝土的断裂参数及断裂能研究 |
| 关键词： | 环氧沥青混凝土;断裂韧性;裂缝尖端张开位移;断裂能;双K断裂参数;桥面铺装层材料;抗裂设计 |
| 摘要： | 环氧沥青混凝土作为优良的钢桥面铺装层材料，正被越来越多地用于大跨径钢箱梁桥，如何预防和维护病害、降低铺装病害对行车和桥面板的不利影响以提高使用寿命是值得深究的课题。大量实桥调查和理论分析结果表明开裂是钢桥面铺装最常见的病害形式，因此环氧沥青混凝土铺装层裂缝的启裂及扩展机理、铺装的剩余寿命等损伤断裂力学问题成为学术界和工程界关注的焦点，而研究这些问题的基础则是材料的基本断裂参数。 与金属和水泥混凝土材料不同，环氧沥青混凝土是一种热固性的温度敏感的复合材料，其断裂特性与温度密切相关，目前鲜有针对这类特殊材料的断裂力学研究。本文基于国家自然基金“钢桥面环氧沥青混凝土铺装层疲劳损伤与寿命预估研究”(基金编号：50578038)项目，从断裂力学的基本理论入手，分析了裂缝尖端的应力场参数和位移场参数，采用试验的方法，研究了环氧沥青混凝土材料在不同温度和不同缝高比下的断裂韧性K<,IC>、临界裂缝尖端张开位移(CTODc)、J积分临界值J<,C>，并在此基础上提出了适用于环氧沥青混凝土的K-J联合断裂判据。同时基于虚拟裂缝模型理论，通过试验得到了环氧沥青混凝土在不同温度和不同缝高比下的断裂能G<,F>。首次将水泥混凝土中比较成熟的双K断裂参数理论引用到环氧沥青混凝土中，探讨了其在环氧沥青混凝土材料中的适用性。 研究表明，温度对环氧沥青混凝土的断裂特性影响明显，温度不同，环氧沥青混凝土的断裂模式不同，同时缝高比对断裂参数也有不同程度的影响。(1)固定缝高比，随着温度升高，KIc逐渐减小，CTODc逐渐增大，但Jc则呈现先增大后减小的趋势；固定温度，随着缝高比增大，KIc和Jc基本不变化，CTODc则逐渐减小。(2)固定缝高比，随着温度升高，断裂能G<,F>先增大后减小；固定温度，随着缝高比增大，断裂能G<,F>减小。(3)提出了适用于环氧沥青混凝土的K-J联合断裂判据，即当温度低于5℃时采用断裂韧性作为断裂判据，当温度高于5℃时采用J积分参数作为断裂判据。(4)当环氧沥青混凝土在一定温度条件下表现出和水泥混凝土相似的力学性质时，双K断裂参数适用于环氧沥青混凝土，但双K断裂参数的适用性仍然需进一步研究。 本文的研究成果可为环氧沥青混凝土铺装的抗裂设计、剩余寿命预估分析提供试验参数，也可为其它类型沥青混凝土铺装的裂缝问题研究和疲劳损伤断裂研究提供理论参考。 |
| 作者： | 李智 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 钱振东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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