液体橡胶基混凝土的弯曲疲劳性能研究.doc

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1、液体橡胶基混凝土的弯曲疲劳性能研究*刘逸平何庭蕙朱国何汤立群黄小清（华南理工大学交通学院，广东广州510640）摘要：本文对一种新型工程材料——液体橡胶基混凝土的疲劳性能进行了研究。首先通过三点弯曲梁的等幅疲劳实验，测定了材料的疲劳寿命曲线，建立了单对数形式和双对数形式的疲劳方程；基于两参数Weibull分布的疲劳寿命预测方法，得到了简化形式的存活概率函数，并通过分析疲劳实验数据，确定了不同应力水平下液体橡胶基混凝土材料的存活概率参数，得到了材料的疲劳寿命概率分布。关键词：液体橡胶；混凝土；疲劳寿命；存活概率从减轻自重和提高行车舒适性的方面考虑，目前大跨径钢桥面一般采用沥青混凝土铺装

2、层[1]。但由于沥青和钢桥面本身的特性，以及钢桥面铺装技术对钢桥面结构和自然环境有较强的依赖性等原因，钢桥面铺装体系在设计使用年限内发生破坏的实例屡见不鲜[2-4]。橡胶材料作为一种传统的工业材料，已开发出具有抗撕裂、耐高低温、抗老化、耐磨等优异性能的产品。液体橡胶基混凝土（LiquidRubberBasedConcrete,LRBC）是本课题组提出的一种以橡胶为基体，填充以级配碎石的新型工程材料，可望满足大跨径钢桥对桥面铺装材料和铺装体系强度、变形和耐久性等性能要求。从已完成的静态实验和冲击实验来看，这种新材料具有一定的优越性[5]，具有潜在的应用前景。由于桥面铺装材料在其服役期间

3、通常承受随机或周期性反复载荷的作用，因此研究桥面铺装材料的疲劳性能具有极其重要的实际意义。本文对液体橡胶基混凝土试件进行了三点弯曲等幅疲劳实验，得到了不同应力水平下的疲劳寿命，建立了疲劳方程，并基于两参数Weibull分布的疲劳寿命预测方法，得到了材料的疲劳寿命概率分布。1实验方案1.1试件制作与养护采用三点弯曲梁试件，液体橡胶基混凝土配合比为m碎石：m橡胶=1：0.17，碎石为级配碎石。试件尺寸为70.7mm×70.7mm×212.1mm，采用人工拌和，24小时拆模后养护7天。1.2荷载及测量参数加载波形采用连续正弦波形，荷载循环特征值ρ=0.1，加载频率选用10Hz。试验采用两分

4、点加载，跨距为200mm。为消除支座的约束影响，采用滚轴支座。1.3实验装置及实验过程试验装置为长春试验机研究所生产的CSS-280S-100电液伺服动静试验机，加载方式及速率采用模控方式，静载实验采用位移控制模式，疲劳实验采用荷载控制模式。试件跨中的加载力和位移由系统自带的力传感器和位移计测量，并由控制系统自动保存，在采集位移、载荷的同时，试验机自动记录加载次数。2　实验结果及分析2.1　实验结果本次实验中，液体橡胶基混凝土材料共完成了7根梁的静载实验，梁的准静态抗折强度值分别为：2.89MPa、3.62MPa、3.45MPa、3.72MPa、3.72MPa、3.41MPa、3.5

5、6MPa，平均值为3.48MPa；共进行了六种应力水平49根试件的疲劳实验，疲劳实验测得的疲劳寿命值如表1所示。表1疲劳寿命实验结果Table1LaboratoryFatigue-LifeData应力水平S疲劳寿命N/104次应力水平S疲劳寿命N/104次应力水平S疲劳寿命N/104次应力水平S疲劳寿命N/104次0.900.42320.801.01440.601.35980.5020.31110.900.53330.801.02810.601.84320.5025.12350.900.55720.801.24590.602.64220.5031.17190.900.60890.70

6、0.32230.605.14730.5039.60470.900.60950.700.58790.605.19280.5046.37000.900.68180.700.68780.605.67010.5051.78910.800.48940.701.17280.606.57110.5097.32220.800.61240.701.32540.609.04680.50108.05220.800.64660.701.39110.6010.48340.40>2000.800.70000.701.43840.6012.77570.40>2000.800.86750.701.59990.602

7、5.50020.800.92210.701.70250.5012.26880.800.95320.702.40530.5018.21652.2结果分析2.2.1疲劳极限与疲劳方程在一定的循环次数下，试件发生疲劳断裂，其断裂的形态与准静态抗折试验类似，断面都是基本发生在跨中截面处。当应力比趋于0.40时，液体橡胶基混凝土的疲劳寿命大于200万次。根据疲劳理论，本文中认为如果试件在经历了200万次应力循环不发生疲劳破坏，则在此应力水平下，试件将永远不发生疲劳破