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NMR-based damage characterisation of backfill material in host rock under dynamic loading 被引量:20
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作者 Binglei Li Jiquan Lan +2 位作者 Guangyao Si Guopeng Lin Liuqing Hu 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2020年第3期329-335,共7页
It is not uncommon that backfill material used in underground mining being exposed to repetitive dynamic stresses induced by blasting operations or rockburst events. Understanding the strength and fracture evolution o... It is not uncommon that backfill material used in underground mining being exposed to repetitive dynamic stresses induced by blasting operations or rockburst events. Understanding the strength and fracture evolution of backfilled stopes is critical to maintain the long-term stope stability and ensure safe mining activities. This paper aims to study the damage evolution of the backfill material and its host rock behaviour under three-dimensional(3D) dynamic loading. Using a true-triaxial testing machine, multiple samples of backfill material enclosed by country rock were fabricated and tested under various dynamic loadings with different true-triaxial confining stress conditions. In addition, the nuclear magnetic resonance(NMR) measurement was conducted on the samples before and after exerting static and dynamic loading to obtain their porosity distribution changes. The experiment results suggested that with the increase of the dynamic loading, the porosity of the backfill sample goes through a two-stage process,which shows a slightly linear decrease and then followed by an exponential increase. The research findings can help understand the damage mechanism and fracture development of backfilled stopes and its host rock in deep underground mines, which are constantly subject to the combination of 3D static confining stress and dynamic loading. 展开更多
关键词 dynamic loading Backfill-country rock system True triaxial test coupled static and dynamic loads Nuclear magnetic resonance(NMR) damage evolution
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Experimental and numerical investigations on the tensile mechanical behavior of marbles containing dynamic damage 被引量:10
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作者 Tao Zhang Liyuan Yu +2 位作者 Haijian Su Qiang Zhang Shaobo Chai 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第1期89-102,共14页
To investigate the degradation mechanism of static tensile mechanical behaviors of marble containing dynamic damage,multiple impact loading tests were performed on the disc marble samples,and then static Brazilian tes... To investigate the degradation mechanism of static tensile mechanical behaviors of marble containing dynamic damage,multiple impact loading tests were performed on the disc marble samples,and then static Brazilian tests were conducted for the damaged samples.Besides,coupling modeling technology of finite difference method(FDM)—discrete element method(DEM)was used to carry out the numerical investigation.The results show that after multiple impacts,more white patches appear on the surface,and some microcracks,macro-fractures as well as pulverized grains are found by optical microscopic.The static tensile strength decreases with the increase of the dynamic damage variable characterized by the ultrasonic wave velocity of sample.The interaction between grains in the damaged sample becomes intense in the subsequent static loading process,causing a relatively large strain.The volume of the fragments falling off around the loading points becomes larger as impact number increases.As the dynamic damage increases,the absorbed energy of sample during the static loading first decreases and then tends to be stable.Both the stress concentration and the breakage of the force chains are the root causes of the degradation of the static tensile strength. 展开更多
关键词 Rock mechanics Tensile mechanical behavior Cumulative dynamic damage shpb FDM-DEM coupling
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不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验数值模拟对比 被引量:1
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作者 任亮 郑胜佩 +2 位作者 蔡昂霖 郭忠照 喻贤明 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第4期660-669,共10页
目的探讨不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验数值模拟效果的差异性。方法应用大型有限元程序LS-DYNA,结合UHPC材料特性,明确了KCC、HJC和CSC模型中关键参数的取值,建立了超高性能混凝土SHPB试验数值仿真模型。在此基础上,开展不同损... 目的探讨不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验数值模拟效果的差异性。方法应用大型有限元程序LS-DYNA,结合UHPC材料特性,明确了KCC、HJC和CSC模型中关键参数的取值,建立了超高性能混凝土SHPB试验数值仿真模型。在此基础上,开展不同损伤模型下UHPC试件波形、动态应力-应变曲线、弹性模量和动力增大系数(DIF)值模拟结果与实测结果的对比,探讨不同损伤模型下超高性能混凝土SHPB试验动态破坏进程。结果CSC模型在低速冲击下能更好地模拟UHPC材料的实测波形和动态应力-应变曲线,而在中高应变率下KCC模型和HJC模型得到的计算波形以及动态应力-应变曲线与实测值吻合度更好;低应变率下三种损伤模型得到的DIF值相差不大,但随着应变率提高,CSC模型在一定程度上将低估UHPC材料的动力特性;UHPC试件破碎程度随应变率的增加而增大,相对于CSC模型在冲击破坏时表现出的核心存留现象,KCC模型和HJC模型分别表现出明显的整体塌陷和边缘塌陷现象。结论对于UHPC材料,CSC模型适用于低速冲击下SHPC试验数值模拟,而KCC模型和HJC模型适用于中高应变率下数值模拟。 展开更多
关键词 不同损伤模型 UHPC shpb试验 数值模拟 动态破坏进程
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Failure of rock under dynamic compressive loading 被引量:3
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作者 周子龙 李地元 +1 位作者 马国伟 李建春 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第3期339-343,共5页
Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) test was simulated to investigate the distribution of the first principal stress and damage zone of specimen subjected to dynamic compressive load. Numerical models of plate-type spe... Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) test was simulated to investigate the distribution of the first principal stress and damage zone of specimen subjected to dynamic compressive load. Numerical models of plate-type specimen containing cracks with inclined angles of 0°,45° and 90° were also established to investigate the crack propagation and damage evolution under dynamic loading. The results show that the simulation results are in accordance with the failure patterns of specimens in experimental test. The interactions between stress wave and crack with different inclined angles are different; damage usually appears around the crack tips firstly; and then more damage zones develop away from the foregoing damage zone after a period of energy accumulation; eventually,the damage zones run through the specimen in the direction of applied loading and split the specimen into pieces. 展开更多
关键词 斯普利特-霍普金森压力试验 失效机制 裂缝传播 材料试验
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基于LS-DYNA的砂岩动静组合SHPB数值模拟 被引量:2
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作者 王军祥 赵硕龙 +2 位作者 孙港 黄磊 马宝龙 《沈阳工业大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期97-105,共9页
为了研究动静组合SHPB加载下砂岩变形破坏、能量演化特性,运用LS-DYNA软件建立相关数值模型,在满足一维应力和应力应变均匀化假定的前提下,以轴压和围压为变量进行模拟分析.模拟结果表明:轴压比小于0.4时,砂岩动态抗压强度表现出线性率... 为了研究动静组合SHPB加载下砂岩变形破坏、能量演化特性,运用LS-DYNA软件建立相关数值模型,在满足一维应力和应力应变均匀化假定的前提下,以轴压和围压为变量进行模拟分析.模拟结果表明:轴压比小于0.4时,砂岩动态抗压强度表现出线性率效应,轴压和围压使得砂岩发生压剪破坏和层间错动破坏,对砂岩能耗规律影响较大,但单一能量的变化趋势几乎不受影响;一维动静组合模拟中,轴压为20 MPa时,随着加载应变率的增加,能量利用率先增加后减小,轴压为40 MPa时,能量利用率持续下降;三维动静组合模拟中,围压对于能量利用率的影响规律较为复杂,但总体上呈下降趋势. 展开更多
关键词 分离式霍普金森压杆 岩石动力学 数值模拟 动静组合加载 动态抗压强度 破坏形态 能量利用率
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多因素耦合效应对层状千枚岩动力特性的影响
6
作者 许江波 孙国政 +1 位作者 侯鑫敏 余洋林 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期372-381,共10页
为了研究不同长径比和倾角下应变率对层状千枚岩动力特性的影响,选用4种倾角(α=0°,30°,60°,90°)两种长度(L=25,50 mm)的层状千枚岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行不同冲击气压(p=0.150,0.175,0.... 为了研究不同长径比和倾角下应变率对层状千枚岩动力特性的影响,选用4种倾角(α=0°,30°,60°,90°)两种长度(L=25,50 mm)的层状千枚岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行不同冲击气压(p=0.150,0.175,0.200,0.225和0.250 MPa)的动态压缩试验.研究了两种长径比层状千枚岩不同应变率下动力特性的影响,分析了层状千枚岩层理倾角、长径比和应变率之间的耦合效应对层状千枚岩强度特征的影响关系.结果表明:动态压缩下两种不同长径比层状千枚岩动态抗压强度随层理倾角增加呈现先减小后增大趋势,动态峰值强度和峰值应变均随应变率增大而增大,层状千枚岩动态抗压强度与应变率呈幂函数关系;动态峰值强度关于倾角α和长径比L/D呈二元函数关系,在α=60°时,层状千枚岩动态抗压强度的长径比效应最为显著,在L/D=1时,倾角效应最为显著;不同倾角下,峰值应变在0°倾角下长径比效应最为显著,在90°倾角下长径比效应最弱;动态冲击下层状千枚岩动态抗压强度和峰值应变的应变率效应均强于长径比效应. 展开更多
关键词 岩石力学 层状千枚岩 shpb试验 动力特性 多因素耦合
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不同冲击速度下含气砂岩损伤−渗流特性试验研究 被引量:3
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作者 王登科 董博文 +4 位作者 魏建平 张力元 张宏图 曹塘根 夏玉玲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2138-2152,共15页
为探究不同冲击载荷作用下含气砂岩冲击损伤特征和渗透性规律,利用含瓦斯煤岩冲击损伤−渗流试验系统和工业显微CT扫描系统,设计并开展了三轴预应力状态下不同冲击速度加载的动态压缩−原位渗流试验,重构了受冲击损伤砂岩的三维裂隙结构,... 为探究不同冲击载荷作用下含气砂岩冲击损伤特征和渗透性规律,利用含瓦斯煤岩冲击损伤−渗流试验系统和工业显微CT扫描系统,设计并开展了三轴预应力状态下不同冲击速度加载的动态压缩−原位渗流试验,重构了受冲击损伤砂岩的三维裂隙结构,对比分析了固−气耦合试样不同冲击速度加载下的动态应力−应变曲线特征、能量耗散规律、破坏损伤和渗透性演变特征。研究结果表明:含气砂岩的应变率随冲击速度的增加而增加,入射波能、反射波能、透射波能和吸收能也随之逐渐增大。含气砂岩的峰值应力和峰值应变也随冲击速度的提升而逐渐增大,且动态应力−应变曲线的压密阶段不断被压缩直至完全消失。三轴固−气耦合动态冲击条件下,含气砂岩的破坏形式以剪切破坏为主;随着冲击速度的递增,冲击载荷与气体压力联合作用下含气砂岩内部的张拉裂隙数量不断增加,新生裂隙相互连接促使了宏观贯通裂隙的形成;泊松比效应和偏心压缩作用使砂岩上分别形成了沿试样轴向方向延伸和垂直于轴向方向延伸2种张拉裂隙,2种裂隙在试样外沿相互连通,呈现出网格状。含气砂岩的吸收能量直接决定了其损伤程度,吸收能量的不断增加,不仅加大了含气砂岩破坏后的损伤程度,也大幅提高了含气砂岩的渗透性;冲击受损破坏之后的含气砂岩渗透率与其裂隙率遵循线性正相关关系。 展开更多
关键词 含气砂岩 shpb固−气耦合动态损伤试验 原位渗透率测试 工业CT扫描 裂隙扩展与重构
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高温后砂岩动态损伤与破坏特征试验研究 被引量:2
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作者 郭进平 杨延光 +1 位作者 张雯 李亚超 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第2期160-165,共6页
为研究高温后砂岩动态损伤与破坏特征,制备常温25℃和高温200,400,600,800,1000℃砂岩试样,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统对试样开展冲击试验,得到不同温度下应力⁃应变曲线,分析砂岩峰值强度、平均模量与温度的变化关系,研究砂岩破碎... 为研究高温后砂岩动态损伤与破坏特征,制备常温25℃和高温200,400,600,800,1000℃砂岩试样,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统对试样开展冲击试验,得到不同温度下应力⁃应变曲线,分析砂岩峰值强度、平均模量与温度的变化关系,研究砂岩破碎程度随冲击气压和加热温度的变化规律,利用扫描电镜(SEM)观测高温破坏后砂岩试样的断口形貌,从微观角度解释高温后砂岩动态损伤与破坏特征改变的成因。结果表明:砂岩试样峰值强度和平均模量随温度升高而减小,600℃以下减小速率较慢,600℃以上减小速率较快,即600℃为砂岩力学强度的拐点;温度升高,砂岩内部微裂隙不断扩展贯通,在冲击作用下微裂隙破碎程度愈发严重,宏观上动态力学性能不断劣化。 展开更多
关键词 高温 霍普金森压杆试验系统 砂岩动力特性 扫描电镜 破坏特征
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AFRP约束混凝土多次冲击试验研究 被引量:9
9
作者 梁磊 顾强康 原璐 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期90-95,共6页
为研究芳纶纤维增强层复合材料(AFRP)约束条件下混凝土抗多次冲击的动态力学性能,采用Φ100mmSHPB试验装置和超声无损检测,在相似应变率条件下,对C30,C40,C50三种基体强度等级的1~3层AFRP约束混凝土抗多次冲击动态力学性能和冲击后混... 为研究芳纶纤维增强层复合材料(AFRP)约束条件下混凝土抗多次冲击的动态力学性能,采用Φ100mmSHPB试验装置和超声无损检测,在相似应变率条件下,对C30,C40,C50三种基体强度等级的1~3层AFRP约束混凝土抗多次冲击动态力学性能和冲击后混凝土试件内部损伤规律进行试验研究。结果表明:各约束层数AFRP约束混凝土动态峰值应力对冲击次数不敏感,上下浮动不超过8%,稳定性良好;随着冲击次数的增加,动态峰值应变增大,内部混凝土损伤增大,损伤因子与冲击次数呈线性关系;AFRP约束混凝土内部损伤在达到普通混凝土极限损伤后仍能保持试件完整,具备对抗下次冲击的能力。 展开更多
关键词 芳纶纤维 shpb试验 多次冲击 动态力学性能 超声无损检测 损伤
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中高应变率下沥青混凝土动力增长系数研究 被引量:3
10
作者 吴俊 杜修力 李亮 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期921-930,共10页
为研究沥青混凝土材料在强动载条件下的动态性能,采用液压伺服试验机和霍普金森压杆(SHPB)对沥青混凝土进行了不同应变率下的压缩试验,得出了中高应变率下沥青混凝土材料的动力增长系数(DIF)和材料的动态应力-应变关系曲线.运用考虑应... 为研究沥青混凝土材料在强动载条件下的动态性能,采用液压伺服试验机和霍普金森压杆(SHPB)对沥青混凝土进行了不同应变率下的压缩试验,得出了中高应变率下沥青混凝土材料的动力增长系数(DIF)和材料的动态应力-应变关系曲线.运用考虑应变率效应的弹塑性损伤模型对沥青混凝土的SHPB试验进行模拟,并通过室内试验确定本构模型中的关键参数,如强度面曲线和损伤因子等.结果表明:采用液压伺服仪和SHPB可以有效地得出沥青混凝土在中高应变率下的动力增长系数,沥青混凝土抗压强度随着应变率的提高而增加;采用室内试验可以快速准确地确定弹塑性本构模型中的相关参数,用以表述沥青混凝土的应力-应变关系;当数值模拟中采用SHPB试验中获取的动力增长系数时,将导致惯性效应的重复,故对沥青混凝土材料进行高应变率下数值模拟时,应不考虑SHPB试验中由于环向惯性效应所引起的那部分动力增长系数,即需要对SHPB试验所得的动力增长系数做修正. 展开更多
关键词 沥青混凝土 动力增长系数 霍普金森压杆试验 损伤模型
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碱矿渣粉煤灰混凝土的冲击损伤特性 被引量:2
11
作者 罗鑫 许金余 +3 位作者 卢京平 白二雷 李为民 刘志群 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1087-1091,1101,共6页
以NaOH,Na2CO3为碱激发剂,制备了强度等级为C30的碱矿渣粉煤灰基混凝土(ASFC),运用改进后的100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置开展了冲击劈裂拉伸和压缩试验,从能量角度分析了ASFC在冲击荷载下的损伤特性,并进行了对比研究.结果表... 以NaOH,Na2CO3为碱激发剂,制备了强度等级为C30的碱矿渣粉煤灰基混凝土(ASFC),运用改进后的100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置开展了冲击劈裂拉伸和压缩试验,从能量角度分析了ASFC在冲击荷载下的损伤特性,并进行了对比研究.结果表明:ASFC的破坏形态均随着入射能量平均变化率的增加而趋于严重,ASFC的能量吸收量也随入射能量平均变化率的增大而增加,但增加速率逐渐变缓,总体规律可用二次多项式关系来表示;ASFC在冲击压缩状态下的破坏状况明显比冲击劈裂拉伸状态下严重,而且能量吸收量和增加速率均远大于冲击劈裂拉伸状态;ASFC的抗冲击损伤能力随着冲击力度的增大而增加,且与冲击作用形式有关,在压缩状态下的抗冲击损伤能力比劈裂拉伸状态更为优异. 展开更多
关键词 碱矿渣粉煤灰基混凝土 损伤特性 冲击劈裂拉伸试验 冲击压缩试验 分离式霍普金森压杆
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不同损伤程度砂岩相似材料动态力学性能试验研究 被引量:4
12
作者 王倩倩 徐颖 +3 位作者 汪海波 郑强强 倪贤 胡浩 《黄金科学技术》 CSCD 2020年第6期868-876,共9页
地下深部复杂环境导致砂岩内部出现无裂损伤区,然而关于矿山深部爆破应力波作用下岩体的破裂与损伤尚未有成熟、系统的理论体系。以水泥砂浆作为砂岩相似材料进行变循环阈值试验得到无裂纹损伤试块,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对... 地下深部复杂环境导致砂岩内部出现无裂损伤区,然而关于矿山深部爆破应力波作用下岩体的破裂与损伤尚未有成熟、系统的理论体系。以水泥砂浆作为砂岩相似材料进行变循环阈值试验得到无裂纹损伤试块,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对砂岩相似材料进行动态冲击压缩试验,通过调整冲击气压实现不同应变率条件下的砂岩相似材料冲击压缩,得到不同试验条件下试件的应力、应变和应变率变化关系。试验结果表明:无损和不同程度损伤砂岩的动态应力—应变曲线的形态相似,曲线峰值点随阈值增长出现右下移的现象,且动态压缩强度随损伤程度的加剧而削减,动态冲击损伤在循环阈值达到60%时到达损伤门槛值,与静态分析结果相呼应;峰值应力和峰值应变均存在应变率效应,且动态冲击荷载对试块的耦合效应在低应变率下更为显著,超过破碎应变率就不再发挥作用。 展开更多
关键词 损伤岩体 循环荷载 shpb压缩试验 动态应力—应变曲线 应变率 应力敏感因子
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冲击荷载作用下灰砂岩破坏过程及损伤数值模拟研究 被引量:10
13
作者 张明涛 王伟 +1 位作者 张思怡 刘亚男 《爆破》 CSCD 北大核心 2020年第1期46-54,共9页
为了定量表征灰砂岩在应力波作用下的损伤程度和直观的展现其破坏过程,利用LS-DYNA软件,采用HJC动态本构模型,对灰砂岩进行SHPB动态冲击数值模拟,根据灰砂岩的SHPB实验结果验证了模拟方法的准确性,采用微裂纹密度法来定义损伤变量D,对... 为了定量表征灰砂岩在应力波作用下的损伤程度和直观的展现其破坏过程,利用LS-DYNA软件,采用HJC动态本构模型,对灰砂岩进行SHPB动态冲击数值模拟,根据灰砂岩的SHPB实验结果验证了模拟方法的准确性,采用微裂纹密度法来定义损伤变量D,对不同冲击速度(8 m/s、12 m/s、16 m/s、20 m/s)、不同轴压(0 MPa、17.66 MPa、35.32 MPa、52.98 MPa、70.64 MPa)下灰砂岩的损伤规律及破坏过程进行了数值模拟研究。数值模拟结果直观的展现了灰砂岩动态破碎过程:在无轴压作用下,灰砂岩破坏主要是由拉应变引起的劈裂破坏,在施加轴压作用下,灰砂岩的破坏形式主要以压剪破坏为主,两种破坏过程中岩石损伤都是由外向内延伸,且损伤变量D随着冲击速度和轴压的增加呈递增趋势。在有无轴压作用下,冲击速度由8 m/s增加到20 m/s过程中,其损伤变量D分别增加约0.168、0.249,可以看出轴压限制了损伤变量D的增加程度。 展开更多
关键词 shpb实验数值模拟 灰砂岩 动静组合加载 破坏过程 损伤演化
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基于黏弹性力学分析和线性累积疲劳损伤理论的钢桥面铺装疲劳寿命预估 被引量:9
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作者 赵国云 闫东波 磨炼同 《公路》 北大核心 2013年第3期10-15,共6页
对常用于钢桥面铺装表层的SMA沥青混凝土和环氧沥青混凝土进行-10℃、0℃和15℃四点弯曲疲劳试验,得出疲劳曲线和疲劳方程;使用动态剪切流变仪(DSR)、Q800动态热机械分析仪(TMA)和UTM-25伺服液压系统对SMA沥青混凝土、浇注式沥青混凝土... 对常用于钢桥面铺装表层的SMA沥青混凝土和环氧沥青混凝土进行-10℃、0℃和15℃四点弯曲疲劳试验,得出疲劳曲线和疲劳方程;使用动态剪切流变仪(DSR)、Q800动态热机械分析仪(TMA)和UTM-25伺服液压系统对SMA沥青混凝土、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、Eliminator防水黏结层、环氧沥青和改性乳化沥青等常用钢桥面铺装材料进行动态力学试验,获取黏弹性力学参数,并进行有限元数值模拟,得出荷载温度耦合作用下铺装表面最大横向弯拉应变。计算江西九江长江公路大桥不同温度区域下的交通量,根据线性累积疲劳损伤理论预估钢桥面铺装的使用寿命。结果表明:环氧沥青混凝土铺装结构疲劳寿命预测结果优于浇注式沥青混凝土铺装结构,后者更适合于北方寒冷地区的气候条件,双层环氧沥青混凝土增加Eliminator防水黏结层后能显著提高其使用寿命。 展开更多
关键词 钢桥面铺装 动态力学试验 黏弹性}有限元数值模拟 荷载温度耦合作用 弯拉应变 线性累积疲 劳损伤 疲劳寿命
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