多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化

基于材料疲劳损伤和损伤累积的非线性模型,将混凝土损伤弹模和钢筋损伤剩余面积引入到截面刚度计算中,推导了预应力混凝土梁在多级变幅疲劳荷载下的刚度退化模型。结合遗传算法进行了参数拟合,提出了疲劳刚度损伤退化预测的神经网络方法,编制了相应的Matlab计算程序。通过预应力混凝土梁多级变幅疲劳试验对模型参数和结果进行了拟合、修正和验证。结果表明:多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化存在类似混凝土损伤发展的三阶段规律,混凝土材料应采用能体现损伤发展三阶段规律的损伤模型;刚度退化模型各参数物理意义明确,理论分析结果与试验结果偏差普遍在5%以下;基于遗传算法进行参数拟合方法和基于神经网络预测方法的结果具有较高精度,可以为预应力混凝土梁的疲劳耐久性评估提供一定的参考。     

预应力RPC-NC叠合梁弯曲疲劳性能试验分析

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁的弯曲疲劳性能,以中国铁路32 m跨度T型梁为原型,设计并制作了4根完全相同的缩尺模型RPC-NC叠合梁,其中1根梁进行静载试验另外3根梁进行等幅疲劳试验.对试验梁在不同疲劳加载循环下的正截面应变分布、受压区NC应变变化、裂缝发展、疲劳挠度及刚度发展的变化规律进行了分析,并将疲劳加载后未发生疲劳破坏的叠合梁、未经历疲劳加载的叠合梁以及相同结构尺寸和配筋情况下的普通混凝土梁的静力弯曲性能进行对比.结果表明:和普通混凝土适筋梁相同,RPC-NC叠合梁的疲劳破坏由非预应力纵筋疲劳断裂引起;在疲劳荷载作用下,截面应变沿截面高度始终近似呈线性分布,RPC-NC叠合梁正截面变形符合平截面假定;疲劳加载结束后,未发生破坏的RPC-NC叠合梁和疲劳加载前相比延性有所下降,但仍大于未经历疲劳加载的普通混凝土梁.根据试验结果,拟合得到试验梁与疲劳加载循环次数有关的刚度退化公式,可为RPC-NC叠合梁的设计提供一定的参考.     

预应力活性粉末混凝土-普通混凝土叠合梁疲劳全过程分析

为了推广活性粉末混凝土在桥梁工程中的应用,对预应力活性粉末混凝土（RPC）-普通混凝土（NC）叠合梁疲劳破坏的全过程进行分析. 建立NC、RPC、非预应力筋和预应力筋的疲劳损伤退化模型,结合分段线性法提出预应力RPC-NC叠合梁的疲劳全过程分析方法,并针对考虑RPC抗拉疲劳性能与否这2种情况分别进行计算. 为了验证该分析方法的有效性,对2根预应力RPC-NC叠合梁进行等幅疲劳循环加载,试验结果和计算结果的对比表明,当不考虑RPC抗拉强度时,非预应力筋应力的计算结果明显偏大,导致分析结果过于保守;在考虑RPC抗拉强度的情况下,使用该方法可以较为准确地描述预应力RPC-NC叠合梁的疲劳退化过程.     

缓粘结预应力混凝土梁抗裂和裂缝闭合性能

为便于施工操作保证结构质量.配制出满足后张法有粘结预应力混凝土的缓凝砂浆.通过21根缓粘结部分预应力混凝土梁的抗裂试验和裂缝闭合试验,得到了缓粘结部分预应力混凝土梁在静载条件下的开裂强度和裂缝闭合强度;分析了缓粘结部分预应力混凝土梁在等幅重复荷载作用下正截面疲劳抗裂的S-N曲线.建议实际混凝土构件的抗裂强度折减系数为0.55.对试验梁进行了结构静力计算和疲劳验算,比较了理论计算与试验结果的关系.建议部分预应力混凝土梁的静力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好.     

疲劳加载后预应力混凝土梁受力性能试验研究

通过对2根经250万次疲劳加载而未破坏的预应力混凝土梁进行静载受弯试验,研究疲劳加载对其剩余静载承载力、钢筋应力、刚度及裂缝等影响.试验结果表明,前期的疲劳加载对试验梁受力性能影响较小,各试验梁均发生正截面受弯破坏,破坏时有明显的延性破坏特征,并且其承载力与现行规范计算值相比有一定的安全储备.为评估既有预应力混凝土桥梁的受力性能及寿命提供一定的参考.     

预应力RPC-NC叠合梁疲劳裂缝宽度的计算方法

为研究预应力活性粉末混凝土（RPC）-普通混凝土（NC）叠合梁的疲劳开裂性能,以中国铁路32 m T型梁为原型,制作了4根部分预应力RPC-NC叠合试验梁进行静载试验和等幅弯曲疲劳试验,对试验梁在不同次数疲劳加载下的裂缝数量、裂缝宽度、裂缝间距等开裂发展情况进行分析.以平截面假定为基础,考虑开裂截面处钢筋的疲劳应变增大系数,基于黏结滑移理论推导处于疲劳稳定阶段时RPC-NC叠合梁的裂缝间距及裂缝宽度,提出考虑RPC疲劳抗拉性能及RPC与钢筋间疲劳黏结性能的计算方法.同时为便于设计应用,在铁路规范提供的裂缝宽度计算公式的基础上,引入考虑RPC疲劳抗拉性能影响和循环荷载引起的疲劳扩大影响的系数,得到适用于预应力RPC-NC叠合梁裂缝宽度的计算式.将通过两种方法得到的计算结果和本文试验结果进行对比发现,基于黏结滑移理论的疲劳裂缝宽度计算方法和修正后的铁路规范计算公式均能较为准确地计算预应力RPC-NC叠合梁进入疲劳稳定阶段后的最大裂缝宽度.     

混凝土梁板中无粘结筋应力增长规律

针对无粘结预应力混凝土梁板在受荷过程中无粘结筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法编制了可用于考察正常使用极限状态无粘结筋应力增长规律的计算程序.基于模型试验结果和仿真分析结果,得到了非预应力筋配筋指标βs、预应力筋配筋指标βp、跨高比l/h、加载形式、预应力筋布筋型式、预应力筋合力点至受压区边缘距离hp等参数对正常使用阶段极限状态下简支、连续梁板中无粘结筋应力增长的影响规律;并建立了使用阶段无粘结筋应力增量计算公式.     

疲劳荷载作用下钢筋混凝土梁的刚度退化规律及计算公式

对承受疲劳荷载反复作用的钢筋混凝土结构而言,疲劳是一种重要的损伤形式,如何判断和描述其损伤程度是结构损伤与寿命评估领域的一大难题.结构刚度会随损伤发展而逐渐发生不可逆的退化,刚度退化与疲劳损伤之间存在一定的内在关联,且刚度测试简单易行,开展了一系列的疲劳试验研究刚度退化规律和计算方法.通过疲劳试验观测,钢筋混凝土梁刚度退化呈现出非常明显的三阶段规律,刚度退化曲线符合“S”型形态.根据刚度退化规律对试验数据进行拟合,得到可用于计算钢筋混凝土梁刚度退化程度的公式,该公式与10根试验梁的试验结果吻合度较好,能够实现对刚度退化的描述.利用钢筋混凝土梁刚度退化计算公式,可以预测结构在服役过程中的变形发展情况,也可以进行结构疲劳损伤、性能退化程度判定及剩余寿命预测.     

疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁的挠度研究

通过对2根先张折线形配筋部分预应力混凝土梁与1根后张有黏结部分预应力混凝土梁的疲劳试验,进行了疲劳荷载作用下平截面假定的验证,分析了其挠度随着疲劳循环次数增加的变化规律,探讨了部分预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下挠度的计算方法和计算公式.结果表明,按本文提出的公式计算的结果与试验结果符合较好.     

疲劳荷载作用下部分预应力混凝土梁的挠度研究

通过对2根先张折线形配筋部分预应力混凝土梁与1根后张有黏结部分预应力混凝土梁的疲劳试验，进行了疲劳荷载作用下平截面假定的验证，分析了其挠度随着疲劳循环次数增加的变化规律，探讨了部分预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下挠度的计算方法和计算公式．结果表明，按本文提出的公式计算的结果与试验结果符合较好．     

预应力混凝土梁自振频率的疲劳演变

为了研究预应力混凝土（PC）梁自振频率的疲劳演变规律,理论推导了抛物线型布筋的后张无黏结预应力梁疲劳历程自振频率的计算公式. 针对Euler梁、Timoshenko梁和预应力梁等3类梁,分析剪转效应、预应力效应对梁自振频率的疲劳演变规律的影响. 通过对预应力混凝土模型T梁的疲劳试验和动力测试,对比分析3类梁理论频率计算公式的适用性. 研究结果表明,抛物线型布筋的预应力不影响整个疲劳历程中梁的偶数阶频率. 梁的第1阶频率退化速率随着疲劳荷载幅值的增大而增大,随着预应力的增大而减小. 在实际工程应用中,对于偏心布筋无黏结预应力梁结构,须考虑预应力对基频的增强效应.     

Prediction Model for Fatigue Stiffness Decay of Concrete Beam Based on Neural Network

With the method of neural network, the processes of fatigue stiffness decreasing and deflection increasing of reinforced concrete beams under cyclic loading were simulated. The simulating system was built with the given experimental data. The prediction model of neural network structure and the corresponding parameters were obtained. The precision and results were satisfied and could be used to investigate the fatigue properties of reinforced concrete beams in complex environment and under repeating loads.     

型钢混凝土自复位双肢墙板的恢复力模型

为明确型钢混凝土（steel reinforced concrete,SRC）自复位双肢墙板的恢复力模型和参数确定方法,在低周往复加载试验的基础上,研究了双肢墙板在水平荷载作用下的破坏形态和工作机制。墙板的变形及破坏历程为:墙板摇摆和耗能器剪切屈服。墙板的破坏主要集中在耗能器上,具有良好的自复位能力。根据墙板的滞回特征,提出恢复力模型,包括骨架规则、卸载规则和反向加载规则三部分,并提出影响恢复力模型的10个参数。其中,3个刚度参数和3个强度参数确定骨架规则,4个位移参数确定卸载规则和反向加载规则。基于双肢墙板、预应力筋、耗能器和框架梁的协同工作机制,提出了影响恢复力模型的刚度参数、强度参数和位移参数的确定方法。与试验结果进行对比,试验滞回曲线与模拟得到的滞回曲线吻合较好,试验耗能和模拟耗能也基本一致。研究结果表明:本文提出的恢复力模型能较好地描述型钢混凝土双肢墙板的滞回特征,参数确定方法具有较好的分析精度。     

预应力混凝土简支梁板中无粘结筋应力增长规律

针对无粘结预应力混凝土梁板在受荷过程中的无粘结筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制了可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无粘结筋应力增长规律的计算程序。基于模型试验结果和大量仿真分析结果,得到了非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、跨高比、加载形式、预应力筋布筋型式、跨中预应力筋合力点至受压区边缘的距离等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下简支梁板中无粘结筋应力增长的影响规律;建立了无粘结预应力混凝土简支梁板中无粘结筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

高性能混凝土简支梁正截面的抗弯疲劳性能

通过10根三分点加载方式下的简支梁抗弯静力和疲劳试验,研究了不同混凝土强度等级、不同钢筋类型和不同荷载水平对高性能混凝土梁正截面疲劳性能的影响。通过分析梁跨中挠度、压区混凝土应变和拉区钢筋应变以及梁裂缝的发展规律,考察了高性能混凝土梁在弯曲重复荷载作用下的疲劳损伤过程。结合高性能混凝土和钢筋的材料疲劳损伤分析,提出了高性能混凝土梁疲劳寿命方程和疲劳后梁挠度的计算公式,并将理论计算的疲劳寿命、挠度与试验结果进行了比较,最后对比分析了高性能混凝土梁与普通混凝土梁抗弯疲劳性能的差异。     

Experimental Study on Flexural Behavior of Post-Tensioning Bonded Partially Prestressed Ultra-High Strength Concrete Beams

This paper presents the results of four partially prestressed ultra-high strength concrete beams in flexure. The test results are used to evaluate the effects of prestressing tendon depth and area on flexure behavior of specimen beams. The test results indicate that: the cracking load,yielding load,peak load and stiffness postcracking of specimen beams are enhanced by reducing prestressing tendon depth or increasing prestressing tendon area, and the flexural ductility is improved by increasing prestressing tendon depth or reducing prestressing tendon area. The effect of complex reinforcement index considering the strength of the equivalence principle and the reinforcement position on loading levels under serviceability limit state,flexural strength and displacement ductility factor are studied. The influence coefficient of prestressing tendon kpis introduced in the complex reinforcement index. As the complex reinforcement index increases, the loading levels under serviceability limit state and flexural strength increases linearly,and the displacement ductility factor decreases linearly. The test results also verify the conventional beam flexural theory based on the plane cross-section assumption for predicting ultimate flexural strength of partially prestressed ultra-high strength concrete beams is valid. After the introduction of the coefficient kp,the calculation method of cracks in code for design of concrete structure in china are appropriated for the specimen beams.     

配筋梯度混凝土梁刚度实用计算方法

为探索由受压区采用高强高性能混凝土、拉区采用普通混凝土形成的配筋梯度混凝土受弯构件的变形性能,开展了三分点加载下该类简支梁试验.报道了配筋梯度混凝土简支梁截面应变与挠度试验结果,与仿真分析结果进行对比.基于试验结果,揭示了使用荷载下该类梁压区边缘混凝土平均应变与外荷载的线性发展规律,给出该类梁压区边缘混凝土平均应变综合...     

梁结构疲劳刚度退化对模态频率的影响

为了研究梁结构疲劳刚度退化对模态频率的影响,对预应力混凝土梁进行疲劳试验和动力测试,得到疲劳历程中疲劳刚度和模态频率的演化规律. 建立疲劳全过程变刚度有限元修正模型,并对其进行模态分析. 比较分析试验和模拟结果,讨论模态频率退化规律及疲劳刚度退化对其影响机制. 研究结果表明,梁结构模态频率具有类似抗弯刚度退化的三阶段衰减规律,表明疲劳刚度与模态频率退化存在映射关系;在疲劳作用下,第1阶频率的下降幅度最大,第2阶频率次之,第3阶频率的下降幅度最小;提出的变刚度假设在有限元模拟中运用良好,模拟结果显示第1阶频率模拟值的偏差基本在10%以内. 提出的疲劳全过程动力特性分析方法为梁结构疲劳分析研究提供了新思路.     

混凝土梁腐蚀疲劳刚度衰减规律

为研究腐蚀环境下钢筋混凝土梁的刚度衰减规律,对空气环境、淡水环境、盐水环境中的试验梁在循环荷载作用下的混凝土模量和试验梁的刚度进行了分析.根据钢筋混凝土梁在腐蚀疲劳下钢筋与混凝土的应变、残余应变、挠度等试验结果,得到了受弯构件正截面混凝土腐蚀疲劳模量降低率和构件腐蚀疲劳刚度的衰减规律.结果表明,虽然试验过程中混凝土并没有遭受明显腐蚀,但其疲劳模量却有所降低,降低的速率依试验环境的不同而不同.主要是钢筋腐蚀疲劳发展,截面协同工作的结果.试验梁的腐蚀疲劳刚度降低速率亦较快,在不同的腐蚀环境中疲劳刚度降低的速率也不同,以盐水环境中刚度衰减的最快.主要原因是构件中钢筋腐蚀疲劳裂纹的不断扩展导致构件刚度的降低.     

Experimental study and analysis on fatigue stiffness of RC beams strengthened with CFRP and steel plate

The objective of this work is to investigate the fatigue behavior of reinforced concrete(RC) beams strengthened with externally bonded carbon fiber reinforced polymer(CFRP) and steel plate. An experimental investigation and theoretical analysis were made on the law of deflection development and stiffness degradation, as well as the influence of fatigue load ranges. Test results indicate that the law of three-stage change under fatigue loading is followed by both midspan deflection and permanent deflection, which also have positive correlation with fatigue load amplitude. Fatigue stiffness of composite strengthened beams degrades gradually with the increasing of number of cycles. Based on the experimental results, a theoretical model by effective moment of inertia method is developed for calculating the sectional stiffness of such composite strengthened beams under fatigue loading, and the calculated results are in good agreement with the experimental results.