钢筋活性粉末混凝土梁的疲劳性能试验研究

通过对2根具有相同截面和配筋率的钢筋活性粉末混凝土梁的静力和等幅疲劳试验,研究了以出现概率为98.11%的桥梁应力幅值作用下,钢筋活性粉末混凝土梁裂缝、跨中挠度、受压区边缘RPC应变和钢筋应变随疲劳加载次数的变化规律.试验结果表明,采用出现概率为98.11%的桥梁应力幅值进行疲劳加载时,钢筋活性粉末混凝土梁的疲劳寿命达200万次以上.其裂缝宽度、跨中挠度、受压区边缘RPC应变以及钢筋应变均随着疲劳加载次数的增加均呈现出2阶段发展规律,且200万次疲劳加载结束时的测量值分别为0.12mm、0.438mm、1 010με和987με,远小于静载破坏时的相应值,钢筋活性粉末混凝土梁体现出较好的耐疲劳性能.     

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.     

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.     

预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳试验

对带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳性能做了初步研究.通过4根混凝土梁的疲劳试验,对比了带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁的疲劳破坏形态、疲劳寿命、挠度和应变发展等力学性能,分析了芳纶纤维布的预应力水平对试件疲劳性能的影响.试验结果表明,预应力芳纶纤维布加固的试验梁与非预应力芳纶纤维布加固的基准梁相比,其疲劳寿命提高了33%～74%;加固梁的疲劳破坏源于受拉纵筋的疲劳破坏,纤维布的疲劳性能优于钢筋的疲劳性能.在试验研究基础上,建立了预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳寿命计算公式.     

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．     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳全过程应力计算方法研究

通过对无粘结预应力活性粉末混凝土梁进行等幅疲劳试验研究,得到了RPC应变﹑受拉钢筋应变和无粘结筋应力增量随疲劳循环次数变化的变化值.结合试验结果,提出了适用于活性粉末混凝土的疲劳残余应变演化方程及疲劳变形模量退化方程.基于损伤变量的定义形式及应变等效原理,推导了钢筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型;受拉钢筋及无粘结筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型的不同通过两者的S-N曲线和屈服强度的不同来体现.基于上述模型采用分段线性原理来代替疲劳非线性过程,并利用材料弹性模量的退化来反应材料的疲劳损伤,提出了无粘结预应力RPC梁疲劳全过程正截面疲劳应力计算方法.将计算结果与试验值进行对比,两者吻合较好具有一定精度.     

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.     

预应力混凝土构件正截面疲劳抗裂分析

针对预应力混凝土构件的正截面疲劳开裂机理与静力开裂机理的差异.指出了影响疲劳开裂的两个主要参数,即预应力钢筋的有效预应力值与混凝土抗拉疲劳强度随着重复荷载次数增加而逐渐降低,且其降低的程度不可忽略.在混凝土轴心拉-拉与拉-压疲劳试验的基础上得到了疲劳强度折减系数的计算公式,并推导出考虑了疲劳荷载作用而产生的预应力损失增量的计算公式.指出对于大多数允许出现拉应力而不允许出现裂缝的预应力混凝土构件,混凝土的抗拉疲劳强度折减系数应采用由拉-压疲劳试验得出的结果,不可简单地套用规范取值.最后给出了正截面疲劳抗裂分析的实用验算方法,为预应力混凝土构件的疲劳抗裂设计提供了依据,并可为制订有关设计规范所参考.     

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.     

疲劳荷载作用下梁内不同类型钢筋破坏关系

为了研究在疲劳荷载作用下,梁内钢筋的应力变化情况,通过12片后张有粘结部分预应力混凝土梁的疲劳试验,研究了与疲劳破坏密切相关的钢筋最大应力、应力幅的变化规律．结果表明:在梁的使用阶段,预应力钢筋与非预应力钢筋的应力幅比值处于等比例变化,非预应力钢筋应力幅是影响部分预应力混凝土梁疲劳性能的关键因素．随着重复荷载次数的增加,钢筋与混凝土之间粘结性能的退化和有效预应力的不断降低是两种不同类型钢筋破坏并不同步的两个重要原因．最后,在试验分析的基础上,提出了开裂截面处消压后预应力钢筋应力增量的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好．     

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。     

预应力芳纶纤维布加固腐蚀混凝土梁疲劳性能

对带永久锚具的预应力芳纶纤维(AFRP)布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能进行了试验与研究.通过疲劳试验,探讨了预应力水平和钢筋锈蚀程度(中度6%、重度12%)对加固梁疲劳破坏机制、疲劳寿命、挠度和应变发展等疲劳特性的影响.试验结果表明:预应力AFRP布与非预应力AFRP布加固梁的疲劳破坏机制相同,都为钢筋的疲劳断裂;预应力AFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗疲劳特性明显优于非预应力AFRP布加固梁,且AFRP布预应力水平越高,加固梁的疲劳寿命越高;锈蚀率越高,梁的疲劳寿命越低,重度锈蚀梁的疲劳性能的降低幅度比中度锈蚀梁更明显;钢筋锈蚀率的增加会导致钢筋的等效疲劳切口系数增大,从而导致锈蚀梁疲劳寿命的显著降低.     

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。     

高铁用HRBF500钢筋混凝土梁疲劳性能的数值分析

HRBF500钢筋作为一种新型的高强度钢筋,用于铁路、桥梁等工程中,需承受反复荷载.对配有500 MPa细晶粒钢筋的混凝土梁和预应力混凝土梁的疲劳性能进行有限元模拟分析,得到疲劳寿命预测值,并与试验结果进行比较,两者吻合较好.表明笔者采用的数值模拟方法,可较准确地预测HRBF500钢筋混凝土梁的疲劳寿命,为结构疲劳分析提供了有效手段.     

配置HRB500级钢筋的UPPC梁挠度计算

研究了配置HRB500级非预应力高强钢筋的无粘结部分预应力混凝土梁(UPPC梁)疲劳荷载作用下的挠度计算方法,根据试验结果提出了新的残余挠度与疲劳荷载作用挠度(瞬时挠度)的计算公式.计算结果与试验结果吻合较好.     

预应力活性粉末混凝土简支梁受力性能试验研究

通过8根梁的试验研究预应力活性粉末混凝土简支梁的正截面受弯机理。开展试块的抗压、抗折强度及弹性模量等力学性能分析,进行梁的正截面承载力计算值(试验值)与理论值的对比研究。结果表明,无粘结预应力活性粉末混凝土梁的受弯过程主要分为弹性、裂缝扩展、纤维增强和破坏4个阶段,RPC在弹性阶段发挥了一定的抗拉作用,钢纤维的阻裂增强作用延缓了裂缝的开展;提出了活性粉末混凝土梁正截面承载力的计算简图。     

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.     

FRP筋体外预应力混凝土梁的疲劳性能研究

随着FRP筋体外预应力技术在桥梁建设、结构加固等方面的应用逐步增大,有必要对于FRP筋体外预应力混凝土梁的疲劳性能进行研究．在试验的基础上,对该种结构的疲劳损伤机理与疲劳寿命预测进行了研究分析,并提出了抗疲劳设计的若干建议．