振幅影响隧道混凝土累积损伤特征的试验研究

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1、第13卷第6期铁道科学与工程学报Volume13Number62016年6月JournalofRailwayScienceandEngineeringJune2016振幅影响隧道混凝土累积损伤特征的试验研究彭立敏，刘宁,施成华(中南大学土木工程学院，湖南长沙410075)摘要：重栽列车轴重的增加导致振动幅值的提高，进而引起隧底结构损伤破坏的发生。针对仰拱混凝土累积损伤方面研究的不足且未引入隧道设计规范中，基于Helmholtz自由能理论体系，开展用于描述循环荷栽引起仰拱混凝土累积损伤特征计算模型的研究。为了验证累积损伤模型并获取满足隧底力学环境的混凝土损伤计算方法，进行静栽与循环荷栽耦合环境

2、中不同振动幅值作用下仰拱混凝土的试验研究。实验数据及数值计算结果表明：混凝土损伤演化曲线可以分为3个阶段:初期增长阶段、稳定增长阶段和快速发展阶段。通过对不同阶段混凝土损伤演化趋势的非线性拟合分析，给出能够引发混凝土损伤破坏的静栽水平和不同阶段损伤演化趋势的定量表达式。通过数值计算与试验结果对比分析，得到混凝土试件损伤主要分布在中间受拉区域，底部损伤值相对较大并最终发生破坏。初始阶段损伤首先发生在混凝土试块中底部，混凝土损伤由试件下部逐渐向上逐渐发展。关键词：累积损伤模型；仰拱混凝土；循环荷栽；振动幅值中图分类号:U25文献标志码：A文章编号：1672-7029(2016)06-1091-0

3、9ExperimentalstudyondynamicamplitudesforcumulatedamagecharacteristicsoftunnelinvertconcretePENGLimin,LIUNing,SHIChenghua(SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)Abstract：Thegrowthoftrainaxleloadhasledtoanincreaseindynamicloadingageimpactinthebasestructureoftunnel.Howeve

4、r,therelevanttheoriesresearchondynamicaccumulatedamagebehaviorarestilllimitedandnotincludedincurrentdesigncodes.BasedontheframeworkofHelmholtzfreeenergytheory,thisworkpresentsaaccumulatedamagemodefordescribingthedamagebehaviorofinvertconcreteduetocyclicloadintunnelenvironments.Inordertoverfythedama

5、gecalculatingmethod,anumberofinvertconcretetestsunderdifferentvibrationamplitudescombinedwerepresented.Thetestdataandnumercalcomputingresultsshowthatthedamageprocessges,initialgrowthstageI,slowgrowthstageII,andrapidgrowthstageIII.Thisthesisanalyzedthedifferentstagesinthedamageprocessbyfittingthenon

6、lineardamageequation.Moreover,thecrticalsingthefailureofthespecimenandthequantitativeexpressionofthedamageparisonsofthecalculationresultsandthetestresults,damagearemainlydistributedinthemiddlemajormaxesofdamageappearsaroundthebottomofspecimen,eventuallyleadingtodestroylutionofinitialdamagesappeared

7、firstatthebottomcentreofspecimenandnew收稿日期=2016-01-19基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2011CB013802);国家自然科学基金煤炭联合基金资助项目（U1361204);国家自然科学基金资助项目（5127494)通讯作者:彭立敏（95-),男，湖南禮县人，教授，从事隧道与地下工程方面的研究;E-mail:lmpeng@mail.csu