• ISSN 0258-2724
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疲劳荷载下无砟轨道混凝土中氯离子传输研究

任娟娟 杜威 邓世杰 凤翔

任娟娟, 杜威, 邓世杰, 凤翔. 疲劳荷载下无砟轨道混凝土中氯离子传输研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(3): 510-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190690
引用本文: 任娟娟, 杜威, 邓世杰, 凤翔. 疲劳荷载下无砟轨道混凝土中氯离子传输研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(3): 510-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190690
REN Juanjuan, DU Wei, DENG Shijie, FENG Xiang. Chloride Ion Transport in Concrete of Ballastless Track under Fatigue Loading[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 510-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190690
Citation: REN Juanjuan, DU Wei, DENG Shijie, FENG Xiang. Chloride Ion Transport in Concrete of Ballastless Track under Fatigue Loading[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 510-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190690

疲劳荷载下无砟轨道混凝土中氯离子传输研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190690
基金项目: 国家自然科学基金(52022085);中国铁路设计集团有限公司科技开发课题(2020YY340120-1)
详细信息
    作者简介:

    任娟娟(1983—),女,教授,博士,研究方向为高速重载轨道结构力学与轨道动力学,E-mail:jj.ren@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V221.3

Chloride Ion Transport in Concrete of Ballastless Track under Fatigue Loading

  • 摘要: 疲劳荷载作用下,无砟轨道混凝土的抗氯离子渗透性能是影响其服役特性的主要因素之一. 为分析混凝土在疲劳荷载作用下氯离子的传输变化规律,首先针对浸泡于氯离子溶液的混凝土试件进行弯曲疲劳试验,然后利用COMSOL有限元软件建立结构力学场与氯离子传输场的两场耦合模型,模拟氯离子在混凝土中的扩散行为. 研究结果表明:当侵蚀时间为2 d时,应力比为0.3、0.5和0.7对应的氯离子扩散深度分别为7、11、16 mm,混凝土中氯离子扩散深度随荷载应力比的增大而增大;两场耦合有限元模型计算得到的氯离子含量与试验测试结果基本吻合,验证了模型的合理性;混凝土中氯离子扩散深度随侵蚀时间的增大而增大,采用一元二次多项式可较好地描述扩散深度与侵蚀时间的关系.

     

  • 图 1  混凝土立方体抗压试验

    Figure 1.  Compression test of concrete cube

    图 2  混凝土棱柱体抗折试验

    Figure 2.  Flexural test of concrete prism

    图 3  疲劳荷载下混凝土中氯离子传输试验

    Figure 3.  Chloride ion transport test in concrete under fatigue loading

    图 4  不同加载频率下氯离子扩散系数(a=0.3)

    Figure 4.  Chloride diffusion coefficient at different loading frequency (a=0.3)

    图 5  加载形式与浓度边界设置

    Figure 5.  Load form and concentration boundary setting

    图 6  不同应力比下跨中截面氯离子含量分布

    Figure 6.  Distribution of chloride ion concentration in the mid-span section under different stress levels

    图 7  不同应力比下模型计算值与试验值对比

    Figure 7.  Comparison of calculated and experimental values under different stress levels

    图 8  不同应力比与侵蚀时间下氯离子含量变化

    Figure 8.  Changes in chloride ion concentration under different stress levels and erosion times

    图 9  混凝土中氯离子扩散深度变化规律

    Figure 9.  Variation of chloride erosion depth in concrete

    表  1  试验模拟工况

    Table  1.   Test simulation conditions

    工况应力比 af/Hz模拟车型
    10.310低速货车
    20.315低速客车
    30.515普速货车
    40.715普速货车(极限设计值)
    50.320普速客车
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    表  2  COMSOL中试件的力学参数

    Table  2.   Mechanical parameters of the specimen in COMSOL

    参数名称取值
    弹性模量/(× 1010 Pa)3.8
    泊松比0.2
    抗压强度/MPa69.2
    极限荷载/kN29.3
    密度/(kg•m−32 303
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    表  3  扩散模型相关参数

    Table  3.   Parameters of diffusion model

    参数名称取值
    f/Hz0.15
    氯离子溶液质量分数 C0.10
    T/°C0.28
    初始氯离子质量分数 C02.42×10−4
    t/d2
    表面氯离子质量分数 C10.001 46
    ${\phi _0}$/%4
    水灰比0.35
    时间衰减因子 m0.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-13
  • 修回日期:  2019-11-14
  • 网络出版日期:  2019-12-06
  • 刊出日期:  2021-06-15

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