随机变幅疲劳荷载下CFL增强RC梁疲劳寿命的试验研究

基于321国道上1个月内通过某桥的随机车流量数据,经过一系列的转换得到试验用的随机变幅疲劳荷载谱,并通过MTS810疲劳试验机实现了随机变幅疲劳荷载下碳纤维薄板（CFL）增强RC梁三点弯曲疲劳试验。试验结果表明：与普通RC梁相比,CFL的加固显著提高了随机疲劳荷载作用下RC梁的疲劳寿命,改善了其疲劳性能;随机变幅荷载下增强梁的疲劳损伤演化和疲劳破坏模式与常幅疲劳荷载相同;但随着疲劳荷载水平和荷载幅值的增大,随机变幅疲劳荷载作用下构件的疲劳寿命低于常幅疲劳荷载作用下得到的寿命,因此结构设计中采用常幅疲劳试验结果估算实际服役构件的疲劳寿命和进行疲劳设计是不安全的。     

碳纤维加固钢结构的疲劳寿命分析

采用断裂力学方法对CFRP加固钢结构的剩余疲劳寿命进行研究。引入考虑裂纹闭合的疲劳寿命分析模型对CFRP加固钢结构进行疲劳寿命计算,计算结果与疲劳试验结果吻合较好。实际结构承受的是随机变幅疲劳荷载,根据Miner线性累积损伤理论,将变幅疲劳荷载转化成等效应力幅下的常幅疲劳荷载,给出CFRP加固钢结构的疲劳验算建议方法。     

混凝土双轴抗压疲劳累积损伤规律试验研究

本文在对混凝土立方体试件进行定侧压下双轴等幅与变幅抗压疲劳试验的基础上,研究了素混凝土双轴抗压疲劳累积损伤性能。通过对试验结果的分析,证明Miner准则不适于描述疲劳损伤的累积规律;CortenDolan损伤公式可以用于混凝土剩余疲劳寿命的预测。分别选择疲劳最大应变、疲劳残余应变、疲劳变形模量和横向超声波速定义了损伤,得到了不同的损伤累积规律;在综合了纵向变形、模量及横向微裂缝的发展程度的基础上提出了混凝土平均损伤变量,得到了损伤演化方程。本文还应用二级变幅疲劳试验结果修正了常用的损伤等效原理,大大提高了混凝土剩余疲劳寿命预测的精度。本文的研究为混凝土在定侧压下双轴抗压疲劳寿命的预测和损伤评价奠定了基础。     

预应力混凝土梁疲劳性能研究现状

对预应力混凝土梁疲劳性能的研究进展进行了详细阐述,论述了等幅疲劳荷载下预应力混凝土梁的疲劳性能及疲劳加载后的静力性能,对控制其疲劳破坏形态的影响因素以及在疲劳加载过程中的受力筋应变变化、裂缝开展和挠度变化规律进行了总结。讨论了变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁的疲劳寿命及加载顺序对疲劳寿命的影响,分析了变幅疲劳加载过程中的刚度退化,同时对腐蚀后预应力混凝土梁的疲劳性能进行分析,总结了钢绞线、普通钢筋腐蚀损伤对试验梁疲劳破坏形态、极限承载力及疲劳寿命的影响。在对文献进行总结分析的基础上,根据当前研究所存在的问题,提出了今后预应力混凝土结构疲劳性能研究的方向。结果表明:预应力混凝土梁疲劳破坏始于受力筋疲劳断裂,受压区混凝土一般不会发生破坏,变幅疲劳加载及腐蚀损伤对其疲劳性能有较大影响。     

重载交通对预应力混凝土梁疲劳性能影响研究

为了得到重载交通对预应力混凝土梁的疲劳性能影响,对9根预应力混凝土模型梁分别进行静载试验和等幅疲劳试验研究。研究结果表明,部分试验梁在经历过200万次疲劳荷载作用后,其静力极限强度不但没有大幅度降低,反而略有提高;在重载作用下的疲劳破坏均始于非预应力钢筋的疲劳断裂;试验过程中疲劳损伤明显呈三阶段发展规律,当疲劳荷载上限达到0.7倍的极限荷载时,疲劳寿命大于200万次,当疲劳荷载上限达到0.75倍极限荷载时,疲劳寿命仅为10.2万次,当疲劳荷载上限达到0.85倍的极限荷载时,预应力混凝土梁的疲劳寿命仅为5.1万次;得到了预应力混凝土梁的容许疲劳寿命方程。     

由刚度衰减规律预测混凝土梁疲劳寿命的试验研究

通过混凝土梁的低周疲劳破坏试验,引入动态模量和损伤变量的概念,研究了混凝土梁由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律。建立了疲劳寿命与动态模量之间关系的数学模型,提出了通过较少循环的试验结果来预测混凝土梁疲劳寿命的方法。该方法也可以用于受交变荷载作用的已建混凝土结构在使用荷载发生变异情况下的可靠性评估。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁弯曲疲劳性能试验研究

目前,对预应力碳纤维布加固梁的疲劳性能研究甚少。通过对7根预应力碳纤维布加固混凝土T形梁弯曲疲劳性能的试验研究,考察了预应力碳纤维布加固量、钢筋配筋率、等幅变幅疲劳以及加固前疲劳损伤对加固梁疲劳性能的影响。试验结果表明,与非预应力碳纤维布加固梁相比,预应力碳纤维布加固后混凝土梁中受拉钢筋应力幅显著降低,混凝土梁疲劳寿命明显延长。     

预应力混凝土梁疲劳损伤机理及其尺寸效应试验研究

为了研究预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的疲劳损伤机理以及各种疲劳性能的尺寸效应,对三组不同尺寸的预应力混凝土简支梁进行疲劳试验研究。通过对在疲劳荷载作用下预应力混凝土梁试验数据研究分析发现:原本按照适筋梁设计的预应力梁在受到疲劳荷载作用后出现类似于少筋梁的破坏特征,这是因为梁在循环荷载作用下,不断积累的疲劳损伤,使得梁构件发生脆性破坏。其中,脆性破坏指的是梁内钢筋发生疲劳断裂。同时,预应力梁构件由于疲劳循环荷载的作用在挠度、刚度等性能方面都存在着尺寸效应,即:预应力混凝土梁的挠度随截面尺寸的增加而减小,预应力梁刚度退化的速度随着截面尺寸的增大而减小。     

疲劳断裂理论及钢结构疲劳设计

<正> 以往研究疲劳的方法,是进行结构构件或试件的常幅疲劳试验。根据试验结果统计出疲劳强度(S)和疲劳寿命(即循环次数N)曲线,对构件实际承受的应力作频谱分析后,利用Miner线性累积损伤理论进行寿命估算。七十年代以来,随着断裂力学的兴     

疲劳可靠度分析的概率密度演化方法

基于概率守恒原理，推导出疲劳损伤和随机参数联合概率密度函数服从的演化方程。据此计算的随机疲劳损伤概率密度曲面和累积概率分布函数等值线可以给出疲劳损伤概率结构的演化规律，并用以分析给定损伤阈值的疲劳可靠度。常幅疲劳可靠度的数值解与试验结果吻合良好。给定二级载荷各自的常幅疲劳寿命概率分布参数，根据Miner准则可以较好地预测二级低高加载变幅疲劳可靠度。     

基于OpenSEES数值模拟的工字形截面支撑低周疲劳性能研究

为研究工字形截面支撑低周疲劳性能,进行了18根Q235和21根ST12材质焊接工字形钢支撑在等幅轴向循环位移作用下的OpenSEES有限元分析,在验证模拟结果和试验结果吻合较好的同时,提出利用支撑几何参数(长细比、宽厚比、高厚比、屈服点)修正的表征应变作为预测支撑低周疲劳寿命的控制参量,给出了对应修正公式和寿命预测公式。表征应变与支撑低周疲劳寿命满足对数线性关系,据此预测的支撑低周疲劳寿命离散性较小且基本位于试验值1.5倍分散带内。对于变幅加载条件下的支撑寿命预测,利用Miner线性损伤理论对39组支撑试验数据进行以裂纹萌生寿命为终止点的损伤值统计,给出了容许损伤建议值作为预测寿命对应损伤值。而后,引入5组单斜工字钢支撑框架低周疲劳试验结果进行验证,其预测寿命均接近试验裂纹萌生寿命,可以较为保守地评估该类支撑的低周疲劳寿命,且支撑截面损伤分布与试验破坏模式保持一致。以上均证明该数值模拟方法和低周疲劳寿命预测方法的准确性和高效性,可为框架支撑结构低周疲劳性能的研究提供借鉴。     

500MPa钢筋预应力混凝土梁疲劳受力性能试验研究

进行了3根采用HRB500级钢筋作为非预应力筋、钢绞线作为预应力筋的预应力混凝土梁的疲劳受力性能试验。对预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的500MPa级钢筋应力、钢绞线应力、混凝土应变以及疲劳荷载下裂缝和刚度变化的特点进行了较详细分析,并对250万次疲劳作用后的试验梁剩余静载承载力和受力特点进行了分析。试验研究结果表明,采用500MPa级钢筋作为非预应力筋的预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的受力性能良好,500MPa级钢筋的抗拉强度能够充分发挥,试验梁的剩余静载承载力较高,钢绞线和非预应力钢筋都能达到屈服强度,表现出较好的延性。为我国混凝土结构设计规范进一步修订时在预应力结构中采用500MPa级钢筋作为非预应力筋提供了参考依据。     

Resistance of headed studs subjected to fatigue loading: Part I: Experimental study

In steel-concrete composite structures the transfer of longitudinal shear forces at the interface between steel and concrete is mostly realized by headed shear studs. Especially in bridges due to traffic loads these shear connectors are subjected to high-cycle loading and the fatigue resistance governs the design. In this first part of two companion papers a series of experimental work with standard EC4 push-out specimens is presented. The main purpose of these tests was to determine the fatigue life and a possible reduction of the static strength of the headed shear studs subjected to unidirectional cyclic loading. A further aspect was to examine the effects of the loading sequence and damage accumulation on the fatigue life. The results of the experimental investigations show that due to a crack initiation at the stud foot at 10%-15% of the fatigue life, an early reduction of the static strength is caused. Furthermore tests to examine the effects of the loading sequence on the fatigue life revealed that the linear damage accumulation hypothesis according to Palmgren and Miner on which the present design codes are based do not describe the real behaviour.     

循环载荷下纤维薄板增强RC梁的疲劳性能研究

通过建立循环载荷下碳纤维薄板(CFL)增强RC梁的累积损伤模型,并与增强梁的疲劳试验结果进行对比,研究增强构件的疲劳性能和损伤、破坏过程。试验发现CFL增强RC梁的疲劳损伤演化历程包括混凝土开裂、CFL与混凝土剥离、钢筋屈服等过程,具有明显的疲劳损伤成核、稳定扩展、失稳扩展三阶段发展规律,根据增强梁的载荷、挠度历程可以得到抗弯刚度演化历程。研究结果表明用CFL增强RC梁的剩余抗弯刚度来度量其疲劳损伤变量具有明确的物理意义,在此基础上建立的疲劳损伤演化方程能够准确模拟CFL增强RC梁的疲劳损伤破坏过程,进一步结合抗弯刚度可预测其剩余疲劳寿命。     

Resistance of headed studs subjected to fatigue loading Part II: Analytical study

Most design codes consider the static and fatigue resistance of composite steel-concrete structures with separate verifications for ultimate limit state and the limit state of fatigue. For headed shear studs both verifications are based on worldwide performed experimental investigations with push-out specimens. The determination of the fatigue life of headed shear studs in recent European codes is based on the S-N curve developed from the statistical analysis of a great number of cyclic push-out tests. The S-N curve considers the shear stress range as the only loading parameter. In addition, the maximum shear force is limited at serviceability limit states in order to avoid significant inelastic behaviour. However, recent researches showed that beside the shear stress range, also the peak load and the static strength of the shear studs influence the fatigue life. Based on the results of the 71 push-out tests presented in the earlier companion paper, international push-out tests to determine the fatigue life of headed shear studs in solid concrete slabs are sorted and reanalyzed and analytical expressions are developed to predict the fatigue life and the reduced static strength after high cycle preloading. Furthermore, the linear damage accumulation hypothesis according to Palmgren and Miner is modified and improved to consider load sequence effects and non-linear behaviour.     

疲劳损伤锈蚀预应力混凝土梁受力性能研究

对经历不同疲劳加载历程的锈蚀预应力混凝土梁进行静力加载，研究了疲劳损伤锈蚀预应力混凝土梁的受力性能。采用三维激光扫描技术获得了锈蚀预应力筋几何模型。试验结果表明：不均匀锈蚀诱发预应力筋在截面积最小且存在明显锈坑处发生脆性断裂；疲劳损伤后锈蚀预应力混凝土梁初始刚度发生退化，变形能力明显降低，具有脆性破坏特征；随疲劳损伤程度的增加，锈蚀预应力钢丝的变形能力降低；普通钢筋屈服平台缩短，极限应变降低。