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桥梁设计外文翻译

英文译文

在桥梁覆盖中的聚丙烯酰胺改性混凝土在实验室材料性能测试和有限元建模结构中的反应

QinwuXu1;ZengzhiSun2;HuWang3;andAiqinShen4

摘自：

QinwuXun.LaboratoryTestingMaterialPropertyandFEModelingStructuralResponseofPAM-ModifiedConcreteOverlayonBridges[J].ASCE:

Journalofbridgeengineering,2009,14

（1）:

26-35

摘要：

在开裂困扰和界面脱粘的影响下，波特兰水泥混凝土通过反复装载车辆和温度循环进行覆盖桥面。

为了提高覆盖性能，本研究运用聚丙烯酰胺聚合物能修改混凝土力学的性能。

直接剪切和耐冲击性试验，旨在分别衡量界面结合强度和动态性能。

弯曲强度和弯曲疲劳根据标准进行试验。

同时，在交通的负荷下，为了分析应激反应和提高结构设计，建立T梁和箱梁桥三维有限元模型，通过一个分析模型弯曲应力的开发来验证有限元模拟结果。

在有限元模型设计中，橡胶垫能够吸收弯曲应力。

实验室测试结果表明，聚丙烯酰胺可以显著提高混凝土的抗折强度，粘结强度，耐冲击和疲劳寿命。

含8％聚丙烯酰胺的改性混凝土对水泥质量比混凝土与其他PAM的百分比提出了更高的抗弯强度和耐冲击性。

有限元模拟结果表明，一个关键覆盖厚度的存在能够减小在结构设计中应该避免的最大界面剪应力，橡胶垫能够有效地减轻弯曲应力。

关键词：

桥梁；化验结果；有限元法；材料特性；结构响应；波特兰水泥；混凝土

导言

波特兰水泥混凝土已被用于桥面表面结构的覆盖，以支持车辆装载和保护桥梁结构。

在反复车辆装载，温度循环，收缩和化学反应的影响下桥梁的覆盖可能遇到开裂的困扰和界面脱粘。

在这里要认识到，雨水会侵入混凝土桥梁沿线的覆盖裂缝，造成碱硅酸反应和钢筋锈蚀。

因此，许多研究人员研究了不同适于工程的特性混凝土聚合物来用于覆盖。

在这些聚合物中，许多研究人员对聚丙烯进行了广泛的研究，例如，2000年布鲁克斯使用它，以防止收缩开裂；1998年斯南和Santhosh研究其对混凝土提高抗渗性和粘结强度；2004年Granju和Silfwerbrand在收缩和冻融循环的影响下测试其对混凝土的力学性能；2007年已用于预防混凝土地图开裂和横向裂缝；1999年硅微粉及硅灰混凝土也被广泛应用覆盖；1988年用硅微粉改善抗折强度，抗渗，和氯化物侵入。

结果表明，7-10％硅粉可以有效地提高混凝土材料的性能，同时减少氯离子渗透。

其他改性混凝土也已研究，包括2006年矿物掺混凝土抗氯离子侵入，2003年碳纤维增强聚合物覆盖钢桥面，延长疲劳寿命，2000年导电混凝土覆盖防冰。

除使用的材料，性能的理解和覆盖性能的改进，在机械结构设计计算中也起着重要作用的力学。

然而，很少有研究的机械造型及结构设计的6803覆盖混凝土桥梁显示，并没有系统的设计方法覆盖桥梁可根据文献复习。

开裂和界面结合是首要关注的应力分析。

沃尔特等。

2007年调查了开裂模式重叠的钢桥利用虚构的开裂模式，这表明，纵向开裂沿着桥轴以下出现横向裂缝的顶部的舱壁。

唐家璇2000年建立了一个二维有限元模型的箱梁桥分析了界面应力作用下的收缩和温度梯度利用非线性间的接触模式。

1990年黎敦和Seible通过分析和现场测试的T型梁桥，研究了界面销，以减少横向剪切转移模型。

因此，本文件的研究和分析目的是提高覆盖材料性能和结构，聚丙烯酰胺聚合物进行了调查，以改善，具体鈥檚力学性能的设计和标准化的实验室测试程序。

同时，三维有限元模型来分析建立了覆盖鈥檚应激反应理解的力学性能和改进的结构设计。

综述聚丙烯酰胺改性水泥和混凝土

聚丙烯酰胺是一种水溶性丙烯酸聚合物形成酰胺亚基。

它主要用作添加剂絮凝悬浮有机物，例如水的净化和土壤调理。

其优点为水泥和混凝土使用已报告了一些研究人员虽然少得多用比其他聚合物，如聚丙烯。

黑人等。

2006年发现，聚丙烯酰胺是最适合诱导水泥絮凝形成絮凝物由于其阴离子鈥互动与Ca2+离子生产的水泥水化.2004年发现，聚丙烯酰胺可以提高抗渗，抗穿透性，加工的水泥砂浆。

2003年用聚丙烯酰胺的antiwashout混凝土水下成功。

2005年Rai和辛格发现，聚丙烯酰胺可以有效地改善弯曲和拉伸强度的水泥砂浆。

实验计划

混合料设计

在这项研究中的可行性和锥下沉深度的水泥浆体进行了测试，以决定首先聚丙烯酰胺/水泥混凝土配合比的设计。

8水泥浆体的0-14％聚丙烯酰胺/水灰比在增量的2％的人准备，命名为细胞壁0，】优派PJ-2】优派PJ-4】优派PJ-6】优派PJ-8】优派PJ-10】优派PJ-12，和PJ-14，分别。

对于每一个水泥石，两个标本准备。

水用于每个标本，以获得同样的锥下沉深度，在平原水泥浆体。

检测结果载列于表1，这表明，利用水的增加，然后下降，并增加了。

这一结果的解释如下：

当聚丙烯酰胺/水泥比例低于4％，水吸收的PAM占主导地位和水泥石表明要干;当聚丙烯酰胺水灰比大于4％，润滑效果，形成乳胶颗粒周围水泥占主导地位和流动性增加;当聚丙烯酰胺/水泥比例大于10％，浓度的聚丙烯酰胺高分子是伟大的和一些凝胶类氢债券形式从化学反应，从而增加粘度，降低流动性的水泥浆体;当聚丙烯酰胺/水泥比例大于12％，它已变得十分困难的混合水泥浆体。

因此，对于材料加工只有普通混凝土和改性混凝土混合物的聚丙烯酰胺/水泥的比例为6％，8％，10％设计了用于机械测试，列于表2。

通信部2005年具体样本治愈在20

2℃，以水分95％以下为期28天的规格。

对于每个力学测试讨论后，每个混合物有3个重复样品，总计4个混合物准备12个样本。

抗压和抗折强度试验

抗压强度和抗折强度试验方法概述以下的标准进行了使用万能试验机，详见表3。

脆性参数压缩/抗折强度比可以计算出，该材料具有较高价值，它更脆。

粘结强度试验

界面结合强度，其中一个最主要的标准，评价工程特性对桥梁混凝土覆盖。

直接剪切试验和直接拉了测试，如一个概述脑梗死-503R章已被广泛用于measurethe界面结合强度的领域。

结合强度的影响下反复车辆装载或温度循环还审查，这项研究的直接剪切试验在实验室的目的是要衡量界面结合强度，所描述的following.A硬化混凝土试样测量100毫米（长度）×100毫米（宽度）×300毫米（高度）放在中间的模具具有相同的宽度，但更大的篇幅。

因此，新拌混凝土混合物倒入了旁边的空格硬化混凝土试样，以填补模具，形成两个新的

混凝土试样的尺寸100毫米（长度）×100毫米（宽度）×100毫米（高度）,所示图1.水压机的承载能力一〇吨被用来申请垂直压荷载对硬化混凝土试样

其中F=极限荷载（N）和A=接触面积（

），这是永远不变时，新拌混凝土试样沿幻灯片硬化混凝土试样。

落锤冲击试验

为了评估动态性能的混凝土，一个简单的落锤冲击试验的目的是在实验室模拟弯曲行为叠加的影响下，加载表3，图中显示2，梁试样测量五百五十○毫米宽度150毫米长度150毫米高度准备，并在钢锤，重量为4.5公斤，直径为50毫米是从高度450毫米达到中点的梁试样。

人数的下降出现在第一次和最后破损开裂记录，分别记为鈥渋初始一些鈥和鈥渇胃肠号码。

疲劳试验下列方法概述的规范建设部1985年GBJ82-85,三点弯曲疲劳试验在20摄氏度以下进行。

图中显示3，准备梁试样的尺寸400毫米（长度）×100毫米（宽度）×100毫米（高度）。

材料测试系统是用来申请连续正弦波加载在

中点梁频率10赫兹的问候，交通速度80鈥公里/米GBJ82-85。

应力比S是定义

其中F=适用于最大负荷和P=最终载入中说，休息期间试样的抗弯强度测试。

5应力比率介于0.65至0.85，用和疲劳寿命载入中循环衰竭应力比为每个记录。

因为个P-8具有良好的加工性和对高抗弯强度和耐冲击性比其他具体的混合物，它被选中的疲劳试验相对于普通混凝土。

有限元模型

结构模型

2003年使用ANSYS的8.0建成计划两个全规模三维有限元模型的四个跨度4×20米箱梁桥和四个跨度4×30米T型梁桥，显示见图4。

另一个箱梁模型包括一个橡胶垫在负弯矩地区还建，下文将讨论。

每个模式包括桥梁混凝土梁，钢座椅，和橡胶支座。

覆盖不同厚度为2至20厘米，这三项基本的模式和8％聚丙烯酰胺/水泥用于混凝土覆盖所有的有限元模型。

八个节点SOLID45因素ANSYS的8.0采用梁模型的桥梁，6803覆盖，钢座椅，和橡胶支座。

一维LINK8要素是用来模拟钢筋。

这四个节点surfaceelementSURF154是用来模拟轮胎接触面积的装载适用其表面积或节点。

桥梁梁放在钢座椅和橡胶支座，这是固定在其底部（没有运动在X，Y和Z方向，图4）。

敏感性分析来决定进行的网目尺寸和密度。

其结果是，轮胎接触面积和临界应力的立场，如肋骨被网状每个元素大小2厘米×2厘米×2厘米的，该区域位于距离远的关键职位网状与粗元大小。

材料模型

混凝土弹性模量E强度估计使用脑梗死方法显示：

其中C=材料密度kg/m3和FC=全面实力。

泊松鈥檚具体比例定为0.17根据规范通信部2004年JTJD60-2004。

完美的德鲁克鈥扬rager模型应用于describethe弹性鈥损lastic行为的具体材料中所表达

在a=摩擦角和K=凝聚力的力量。

1982年陈在莫尔鈥库仑屈服面可以建立从压缩和拉伸强度所显示的

那么德鲁克一普拉格屈服面可匹配的莫尔一库仑屈服面使用

应力应变曲线这一模式提出了图5,Thematerial参数列于表4。

非线性地对地接触模型，采用模拟之间的接口重叠和桥梁，利用

2003年三维接触单元CONTA174桥面，并在三维目标内容TARGE170的覆盖ANSYS的。

假定没有正常分离，而剪切滑移是允许在接口。

2003年经典的库仑摩擦模型是受雇于ANSYS程序所表示的.

在=界面摩擦应力;ç=凝聚力是拖欠为零;

=接口正常压力;ü=摩擦系数;和最高=界面结合强度取决于thelaboratory测试先前描述。

接口正常刚度确定穿透深度之间的接触面和目标表面，并切烦闷确定界面滑移数额。

高等刚度将导致更高的精度，而且可引起不良条件的全球刚度矩阵和收敛困难。

对拖欠的正常价值和切接触刚度ANSYS程序建议使用。

载入中模型

根据桥梁设计规范通信教育部2004年JTJD60-2004年，平行卡车车队是HS-20atruck舰队分配，模拟桥梁的交通条件的基础上采用有限元模型。

考虑轮胎鈥檚localeffect，接触面积的双轮胎模拟了两个parallelrectangles和统一的轮胎压力应用于谈2001年;解和正2004年。

例如，接触面积的halfheavy轴十四吨是由两个平行的模型与矩形的一个层面二四厘米长度十八厘米宽度和空间的10厘米两个矩形。

轮胎路面的摩擦系数在减速，可以达到0.5徐等人。

2002年，这是用于有限元模型。

平行的卡车车队被转移的交通速度80公里/小时的有限元模型使用时间步载入中技能，从而导致关键载入中职位最高促使顶端弯曲应力的叠加和不利的剪应力界面所示，图6。

验证有限元模型的分析建模

在铁模式，multistress载入中条件适用图6和覆盖厚度不同，这实际上很难定在外地。

因此，分析模型弯曲应力基于组合梁的理论是发展的这一研究，以验证有限元模型所示，图7.The计算程序的解释如下。

X0=中性梁中线桥梁；

X1=中立中线复合梁桥梁；

h=X0和X1之间的距离；

A1-A2=截面积的桥梁和重叠；

I0=惯性的桥梁梁其中立中线X0；

I1=惯性桥梁梁中立中线X1；

I2=惯性覆盖中立中线X1；

E1和E2分别弹性模量的梁和覆盖，E1/E2=n.

正常株垂直组合梁节取决于

为了保持力量平衡的组合梁，以下公式

类似地，以维持目前的平衡，下面的公式方程应满足：

因此，在正常压力的光束是由

因此，和正常的应力叠加，可表示的以下公式所示的图8

最大弯曲应力顶端覆盖是实现

考虑剪力滞效应的肋骨，一个剪力滞系数用于调整的弯曲应力：

在

=剪力滞系数可以计算的桥梁结构理论。

当材料产量应力达到屈服强度硫，1塑性区统一屈服应力出现图所示8，计算弯曲应力造成的均衡器。

（18）和（19）被作为有限元模拟结果，并显示在图9。

这表明，模拟结果的分析可以有合理的协议，与有限元模拟结果，验证了有限元模型。

实验结果和分析

材料优势

实验室测试结果的抗压强度，抗弯强度，脆性参数，并结合强度列于表5。

这表明，聚丙烯酰胺已经大大改变了材料的优势。

例如，对于的P-8混凝土，抗折强度提高22.6％，耐药性的影响增加了3倍以上，而且界面粘结强度增加了150％，而脆性下降24％。

其他研究还表明，2005年Rai和辛格添加3％聚丙烯酰胺可以提高抗弯强度27.0％的拉伸强度和12.6％的水泥砂浆。

改进后的优势具体可以归因于聚丙烯酰胺鈥檚絮凝。

在丙烯酰胺聚丙烯酰胺水解形成新的高分子，其中羧基基团是主要功能组别的有机添加剂。

在化学反应中表达因此，水解聚丙烯酰胺反应的多离子如钙离子形成离子化合物如首席运营官钙光正交码和HO-钙光正交码。

这些离子化合物引起高度亲水性高分子交联包表面上水化水泥，以填补孔隙混凝土作为灵活的增援部队，以改善抗折强度和粘接强度，说明细节包括扫描电子显微镜，热和红外光谱分析。

抗弯强度增加了5.53％时，聚丙烯酰胺增加6日至8％。

然而，减少12.84％时，聚丙烯酰胺是比例从8％至10％，这可能是解释如下：

聚丙烯酰胺的反应后，所有的自由离子，额外的聚丙烯酰胺不能履行其职能，以改善抗弯强度。

界面粘接强度仍在不断增加的百分比后，聚丙烯酰胺大于8％？

例如，增加79.8和91.6％从P-6个P-8和从P-8至P-10，分别？

，可由于粘接性能的聚丙烯酰胺溶液本身。

然而，变异趋势粘接强度聚丙烯酰胺的百分比在10％以上是不知是因为没有进行测试。

它还指出，混凝土抗压强度下降在一定程度上增加PAM的百分比，即2.60，5.19，和17.36％，分别可以解释为是PAM的表现就像一个灵活的机构，全面降低强度比混凝土本身。

另据报道，通过使用丁苯橡胶聚合物，综合实力可降低日益聚合物/水泥之间的比例1和8％Wang等。

然而，弯曲和接口粘结强度的主要关切的覆盖桥梁。

因此，聚丙烯酰胺改性混凝土可以是一种材料。

疲劳寿命

疲劳寿命的素混凝土和P-8列于表7，这表明，聚丙烯酰胺的改善疲劳生活的具体例如。

也有人认为，应力比S和疲劳寿命ñ后续日志秒=1鈭抌日志ñ线性函数图所示。

10，可以用来估计疲劳寿命在低应力比率延长倒退直线。

与此同时，斜率线性函数B可以将方便地用来作为评价指标的敏感性疲劳生命的应力比。

结果表明，虽然后来有较高的疲劳寿命规模，普通混凝土和聚丙烯酰胺改性混凝土有类似B值应力敏感性。

有限元模拟结果与分析

关键强调

最不利位置的关键压力位于通过移动的交通船队中的有限元模型。

这表明，

最大横向拉应力的叠加中一出现在梁接头在结构相对“弱”的Ť梁，并在位置靠近顶端的应力肋骨集中发生的箱梁。

这一结果可以解释纵向自上而下开展打击这些关键担任观察的领域。

最高界面纵向剪应力出现在纯水蒸馏器轮胎的接触面积，而且跌幅迅速方向外面，说明了显着效果的轮胎地方联系，图11。

它的增加而增大界面摩擦系数所表8。

因此，充分保税界面将诱导最大剪应力，这是利用在敏感性分析的覆盖厚度为后面讨论。

结果表明，界面横向剪应力Sxy大于直线。

与此同时，斜率线性函数B可以将方便地用来作为评价指标的敏感性疲劳生命的应力比。

结果表明，虽然后来有较高的疲劳寿命规模,普通混凝土和聚丙烯酰胺改性混凝土有类似B值。

纯水蒸馏器为T型和箱梁桥由于大横弯曲变形桥面。

它也指出，轮胎鈥损avement摩擦力已经影响Sxy忽略，但它是主要的贡献就是为纯水蒸馏器，纯水蒸馏器后增加60％增加的摩擦力为8厘米覆盖对箱梁桥梁。

为多跨连续桥梁人行道，广泛弯曲应力Sfl在桥上轴承负时刻区域通知。

Sfl的价值远远大于一。

与此同时，剪力滞后效应观察上方肋骨。

覆盖厚度的影响

覆盖不同厚度为2至20厘米的有限元模型，在该决议中充分结合界面被视为和交通装船的基础上采用了最不利的位置。

这表明改善覆盖厚度降低关键强调，作为显示在图12。

峰值点Sxy发现一个覆盖厚度为4鈥米这扭转点还注意.2001年和2004年的徐沥青混凝土覆盖的钢铁桥梁和混凝土桥，分别，这表明一个过渡点存在Sxy作为一个功能覆盖厚度还应当指出的是覆盖厚度大于某一各种价值观念的影响，纯水蒸馏器忽略。

原因在于该轮胎鈥损avement摩擦力有助于纯水蒸馏器有影响最小的界面上一本厚厚的覆盖下。

因此，结构设计将覆盖厚度控制在一定范围内，并避免高峰点的界面剪应力。

橡胶垫吸收弯曲应力

在有限元模型的橡胶垫的设计和设置在桥上同时根据6803重叠的“吸收”的弯曲应力，作为图所示13,简支四个跨度箱梁桥一个8厘米连续覆盖。

橡胶垫有一个层面24厘米（长度）×八点五米（宽度）×2厘米（厚度）,和弹性模量50兆帕。

八个节点SOLID45元在ANSYS软件8.0程序用来模型这个橡胶身体。

橡胶固体被认为是充分接触具体的机构，这是实现用“合并”技术植根于ANSYS的8.0，而不同的材料模型被分配到不同地区的结构模型.有限元模拟结果表明，Sfl减少了40％后,加上橡胶垫，这是一个更“经济”方式不是增加覆盖厚度。

垫层的影响尺寸和模量对Sfl也考虑在有限元模型，为在下面的讨论。

据指出，第一和Sfl跌幅然后随垫层厚度，和山谷点存在缓冲层厚度为25毫米，所显示的图4.这种现象可以解释如下：

Sfl随增加垫层厚度由于应力效应软坐垫，但增加后的垫层厚度达到比较大的价值，由于增加的弯曲变形的整个覆盖包括软橡胶机构。

然而,Sfl继续增加而增加的缓冲弹性模量和增加率逐渐减少？

图14。

总之，一个适当的规模和弹性模量？

例如，厚度低于25毫米，1模数低于50兆帕,将是必不可少的设计橡胶垫吸收弯曲应力最有效的。

那个限制适用本橡胶垫可以如何设置和约束与混凝土配合比的提交有效建设。

结论

实验室材料性能测试和有限元建模聚丙烯酰胺改性混凝土覆盖允许以下结论主要调查结果；

添加聚丙烯酰胺可以提高抗弯强度，粘接强度，耐冲击,和疲劳寿命的混凝土;

混凝土8.0％聚丙烯酰胺/水泥构成比例较高抗折强度和耐冲击性比混凝土;

梁关节，肋骨，和轴承是关键的立场桥梁构成的最大拉伸强度和弯曲应力顶端覆盖，并在这些地点加固设计;

峰值点的接口横向剪应力存在于一个覆盖厚度4-5厘米的桥梁结构讨论，在这些地点应避免结构设计;

橡胶垫能有效地减轻弯曲应力,这是一个更经济的方式不是增加覆盖厚度。

这些地点和最佳厚度和适当的弹性模量橡胶垫将旨在吸收弯曲;

然而，实地测试和验证的有限元模拟结果表明，由于没有执行上的困难，外地来设置复杂条件和不同覆盖厚度是在利用有限元模型，因此，只有理论示威的分析模型，包括验证有限元模型提供了研究。

因此，有限元模拟结果的主要目的是提供理解力学性能和结构设计的观点。

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