在役混凝土T梁疲劳刚度退化及寿命预测方法

为获取在役混凝土T梁疲劳刚度退化规律,开展疲劳寿命预测,基于损伤力学理论构建了考虑开裂损伤的混凝土T梁阶梯刚度模型,通过对3根10 m钢筋混凝土T梁足尺模型进行静力和疲劳破坏试验,获取了疲劳剩余刚度随荷载作用次数的演化规律。引入疲劳损伤系数和刚度退化系数,建立了在役混凝土T梁疲劳寿命预测模型。分析结果表明：随着荷载作用次数的增加,桥梁剩余刚度呈现三阶段衰减,其中疲劳初期和后期阶段衰减较快,但占总寿命比重相对较小,而疲劳中期阶段呈线性稳定退化,约占疲劳总寿命的80%以上,为桥梁服役的主要阶段,疲劳破坏时剩余刚度约为初始刚度的82.7%。最终,针对在役混凝土T梁桥工作性状,提出了在役钢筋混凝土梁桥寿命预测方法,相关研究成果可为此类桥梁寿命预测研究提供理论支持。     

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.     

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

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.     

神经网络在锈蚀钢筋疲劳寿命预测中的应用

在锈蚀钢筋轴向拉伸疲劳试验的基础上,利用BP神经网络较强的高次非线性能力和自学习能力,建立预测锈蚀钢筋等幅疲劳寿命的BP神经网络模型。基于非线性疲劳损伤理论,把等幅疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的疲劳寿命预测神经网络模型进一步发展成变幅疲劳荷载作用下的锈蚀钢筋疲劳寿命预测神经网络模型。通过利用锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳试验数据对该模型进行训练和检验,证明所建立的预测锈蚀钢筋变幅疲劳寿命的BP神经网络预测模型精度较高,适用性强,可为锈蚀混凝土桥梁的剩余疲劳寿命评估提供必要的依据。     

CFL加固RC梁疲劳寿命预测

目的 建立疲劳寿命预测模型,为加固构件的抗疲劳设计提供新的方法.方法 提出了一种可以同时考虑钢筋、混凝土和碳纤维耦合作用下的动态损伤模型.定义加固梁的剩余抗弯刚度为损伤变量,在正截面应力分析的基础上,运用分段线性原理,分析了碳纤维薄板加固梁在疲劳载荷下刚度衰减规律.结果 利用动态损伤模型,数值模拟了碳纤维薄板加固钢筋混凝土梁受弯构件疲劳损伤全过程,计算了加固梁的疲劳寿命.结论 由于考虑了组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象,动态损伤模型能够较好地预测CFL增强RC梁的疲劳寿命.     

FRP筋混凝土界面粘结疲劳性能及损伤机理研究进展

国内外学者针对 ＦＲＰ筋混凝土界面静力粘结性能研究主要是基于拉拔试件和梁式试件为主的试验研究,试验参数涉及 ＦＲＰ筋的种类、表面形式、直径、锚固长度以及粘结介质的种类和强度等,在试验的基础上建立了相应的粘结滑移本构模型和临界锚固长度计算式。对 ＦＲＰ筋混凝土梁的疲劳性能研究主要集中在梁疲劳后整体的强度和刚度的变化,而针对 ＦＲＰ筋混凝土界面的局部疲劳粘结性能研究较少,且主要基于等幅疲劳荷载试验,研究成果中也未见疲劳试验参数对粘结本构关系和临界锚固长度的影响。国内学者在疲劳线性损伤累积理论的基础上对 ＦＲＰ筋混凝土结构界面在等幅疲劳荷载、多级等幅疲劳荷载以及随机疲劳荷载等作用下疲劳损伤的剩余强度模型和剩余刚度模型进行了实践和推广应用。ＦＲＰ筋混凝土界面静力粘结性能研究成果为 ＦＲＰ筋混凝土结构在土木工程中的进一步应用提供了参考,并为后续的疲劳粘结性能研究打下了坚实的基础。但是 ＦＲＰ筋混凝土界面的随机疲劳粘结性能及寿命预测值得进一步探索。     

能量耗散模拟分析预应力混凝土梁疲劳寿命

为了准确预测预应力钢筋混凝土梁疲劳寿命,提出了一种基于能量耗散理论预测预应力钢筋混凝土梁疲劳寿命的方法.利用ANSYS软件,针对5片不同动态预应力度的预应力钢筋混凝土梁进行了疲劳模拟,采用分段线性拟合模型模拟并分析了循环比和耗散能密度之间的关系.研究结果表明:预应力混凝土梁在循环荷载作用下,耗散能密度的变化呈现明显的"三阶段"变化规律;动态预应力度低的混凝土梁,在疲劳开始阶段耗散能密度衰减更加迅速且更快到达疲劳稳定阶段,且疲劳稳定阶段持续时间更长.     

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.     

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.     

Simulation of Fatigue Stiffness Degradation in Prestressed Concrete Beams under Cyclic Loading

In order to investigate and research the fatigue cracking of prestressed concrete fatigue properties and loading and stiffness degeneration process,cyclic loading tests were carried out on six prestressed concrete beams and the stiffness degradation under fatigue was investigated. A simulation model of stiffness degradation is proposed based on the stiffness analysis of the fatigue-damaged section. The elastic modulus of damaged concrete and the effective residual area of steel were introduced as well as an adjusted three-stage concrete fatigue damage evolution model. The strip method was used to analyze concrete damage due to changing stress along the depth of the beam section. The simulation and test results were compared and a method of predicting fatigue deflection was presented based on the simulation model. The predicted results were compared with that of the neural network method. It is in good agreement for the simulation results with the test results. It is only less than 5% error for the simulation model which can reveal the two-stage degradation of prestressed concrete beams under cyclic loading. It is more precise for the simulation prediction method under proper conditions.     

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.     

预应力叠合楼板抗震性能的试验研究

通过预应力叠合板面内低周反复荷载的实验研究，分析了叠合板的面内剪切承载力与面内剪切刚度的变化规律，建立了板的面内剪切刚度退化表达式。试验结果表明，板的面内受力变形特性接近于现浇板，具有较好的抗震性能。     

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.     

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.     

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.