HRBF500钢筋混凝土梁受弯疲劳性能理论研究

针对配有细晶粒高强钢筋HRBF500的混凝土梁进行受弯疲劳性能的理论研究。基于疲劳试验结果,分析得到,影响HRBF500钢筋混凝土试验梁受弯疲劳性能及疲劳寿命的主要因素为疲劳荷载作用下纵向受拉钢筋初始最大拉应力和配筋率。分析研究试验梁疲劳试验的数据,提出了在满足疲劳荷载使纵向受拉钢筋初始最大拉应力不大于155MPa的情况下,考虑配筋率和疲劳次数影响的纵向受拉钢筋最大拉应力σmax计算公式,该公式的计算结果与试验结果吻合良好,可用于HRBF500钢筋混凝土梁疲劳寿命预测。同时拟合出了疲劳荷载作用下试验梁跨中挠度较静力荷载作用下的增长量计算公式,该公式的计算结果亦与试验结果吻合良好,由此推导出疲劳荷载作用下HRBF500钢筋混凝土梁跨中挠度计算公式。研究成果可用于HRBF500钢筋混凝土受弯构件的设计及疲劳寿命预测。     

自然锈蚀钢筋的疲劳试验

为科学预测并适当延长既有服役混凝土桥梁的使用寿命,在考虑锈蚀率和应力幅值影响的基础上,对在服役老化混凝土构件中截取的25根锈蚀钢筋试件进行了轴向拉伸疲劳试验.经统计回归分析,建立了考虑锈蚀率影响的轻度、中度、重度自然锈蚀钢筋疲劳曲线方程,探讨了轻度、中度、重度自然锈蚀钢筋疲劳寿命的退化规律,给出了50％保证率不同预期疲劳寿命下轻度、中度、重度自然锈蚀钢筋容许应力幅值的建议值,并与轻度、中度加速锈蚀钢筋容许应力幅值的建议值进行了对比.结果表明:轻度、中度、重度自然锈蚀钢筋的应力幅值与疲劳寿命均呈对数线性关系,但疲劳寿命急剧下降,且应力幅值越大其降低幅度越大.     

机械零件疲劳寿命预测方法

研究了机械零件交变载荷的疲劳失效特性,分析了在等幅变应力及不稳定变应力作用下的疲劳寿命,提出了相应的疲劳寿命可靠度计算方法,并给出了工程实例分析。     

钢纤维钢筋混凝土梁弯曲性能与疲劳寿命试验研究

通过对不同钢纤维掺量下钢筋混凝土梁进行弯曲静载和等幅疲劳试验,分析了混凝土和钢筋应变的变化规律,研究了纤维掺量对梁弯曲变形性能和疲劳性能的影响,结果表明掺入钢纤维可以延缓中性轴的上升,提高梁的变形性能;各梁的应变发展均随着循环荷载的增加而呈现三阶段的规律;相同的应力水平条件下,钢纤维钢筋混凝土梁的疲劳寿命高于普通钢筋混凝土梁。     

疲劳荷载下预应力混凝土梁中钢筋应力重分布的试验研究

疲劳荷载下钢筋应力幅的准确计算对于构件疲劳寿命验算具有重要意义。通过6片同时配有钢绞线和HRB400级普通钢筋的后张有粘结部分预应力混凝土T型梁的试验,研究了疲劳荷载下预应力混凝土构件中预应力钢筋和普通钢筋之间应力分配的发展规律。试验结果表明:截面开裂后,疲劳荷载下两种钢筋应力幅值比(Δσp/Δσs)随荷载重复作用次数的增加基本符合“三阶段”的发展规律,其中第二阶段占绝大部分,且在第二阶段中Δσp/Δσs变化幅度较小,基本处于0.6~0.7之间。最后给出一种考虑了粘结性能差异的钢筋疲劳应力增量的计算方法,计算结果和试验结果吻合较好。本文的研究结果对进一步修编、完善我国的混凝土结构设计规范具有一定的参考价值。     

重载铁路桥梁疲劳试验研究

借助现代光纤光栅传感、传统应变片和891-Ⅱ拾振器的疲劳试验实时测试系统,通过12片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随重复荷载次数的变化规律。研究表明:重载铁路桥梁疲劳破坏前预应力筋和非预应力筋应力幅值比约为0.6～0.7,疲劳破坏由梁底非预应力筋疲劳断裂引起,主要是因为两种力筋疲劳破坏强度相差较大造成的,预应力筋和受压区混凝土的应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏;疲劳下限相同时,不同上限下普通钢筋疲劳断裂时的应变幅值和断口基本相同,不同的是疲劳寿命;疲劳重复荷载下,混凝土、力筋荷载-应变曲线不断向拉(压)应变增大方向"移动",大致呈三阶段特征,在向疲劳损伤演变过程中,曲线斜率不断变小;疲劳下限相同的梁,刚度衰减终值基本相同,非预应力筋疲劳断裂后试验梁体剩余48%～54%左右的刚度;30t轴重下,模型梁受拉普通钢筋疲劳稳态下的应力幅值158～176MPa,预应力筋应力幅值78～117MPa,桥梁容许疲劳寿命275～325万次,极限疲劳寿命350～450万次。     

混凝土梁腐蚀环境下疲劳可靠性分析

在试验的基础上研究了腐蚀环境下预应力混凝土梁疲劳可靠度的影响因素,根据极限应力模式提出了材料的极限状态方程并运用累积损伤理论和一次二阶矩法求解其疲劳可靠度指标。分析表明,预应力钢筋的腐蚀率及疲劳荷载的应力比对预应力混凝土梁疲劳可靠度影响大。     

常幅循环荷载下CFL增强RC梁弯曲疲劳性能研究

通过碳纤维薄板（CFL）加固RC梁三点弯曲疲劳实验,得到了常幅疲劳荷载作用下加固梁挠度、CFL与钢筋应变的演化规律;试验过程中加固梁刚度的疲劳损伤、CFL与混凝土界面的疲劳剥离都呈现初始快速扩展、稳定扩展、失稳扩展的三阶段发展规律。通过对CFL加固梁的疲劳破坏机理的分析,指出钢筋的疲劳屈服导致CFL的剥离是加固梁最主要的破坏模式,其疲劳寿命主要取决于控制截面受拉钢筋的应力幅值,提出采用疲劳损伤第二阶段的钢筋应力幅值的△S-N曲线与国外试验结果吻合较好。     

路用水泥混凝土疲劳损伤的可靠度分析

为获得路用水泥混凝土在高应力比作用下疲劳可靠度的变化规律,首先推导了水泥混凝土疲劳寿命等单调随机变量的概率密度,然后推导了Miner, Chaboche Zhao和修正Chaboche Zhao疲劳损伤模型的损伤概率密度;借助疲劳试验结果,获得这3种模型的疲劳损伤概率密度函数,最后将荷载循环作用次数代入上述函数,从而获得水泥混凝土疲劳可靠度随荷载循环作用次数的变化规律.结果表明：随着荷载循环作用次数增加,相同应力比下,疲劳可靠度从几乎为100%逐渐衰减为0%;无论何种应力比,在荷载循环作用初期,疲劳可靠度均有一个较稳定阶段,但随着应力比的增加,该阶段逐渐减小,且可靠度为0%时对应的荷载循环作用次数也减小;在可靠度衰减阶段,对于相同荷载循环作用次数,应力比越高,则可靠度越低;此外,Miner疲劳损伤模型比修正Chaboche Zhao疲劳损伤模型偏安全.     

再生混凝土疲劳可靠度及疲劳寿命预测

为了研究再生混凝土的弯曲疲劳性能和疲劳可靠度,对普通混凝土（NAC）和再生混凝土（RAC）进行不同应力水平下（S=0.6、0.7、0.9）弯曲疲劳试验,获得不同应力水平下试件的纵向应变和疲劳寿命。并对疲劳寿命进行两参数Weibull分布检验,建立的S-N-P_f方程。再依据对数疲劳寿命一般遵循对数正态分布的规律,基于Palmgren Miner疲劳模型,得出可靠度计算式,对混凝土疲劳可靠度进行分析。结果表明：在不同应力水平下,RAC的疲劳寿命较NAC来说较小,纵向应变较NAC较大,抗弯疲劳性能较NAC差,其疲劳可靠度也低于NAC。且在对NAC的分析中假设疲劳寿命服从Weibull分布所得不同可靠度下的预测疲劳寿命,比假设服从对数正态分布更接近疲劳寿命临界值,而在对RAC的分析中,两者结果相差不大。     

高强钢筋应力与应变疲劳特性的试验和理论研究

为比较高强钢筋与HRB400钢筋在疲劳特性方面的差异,通过应力疲劳试验,获得HRB600E、HRB500E钢筋的容许应力幅值,分析钢筋直径对容许应力幅的影响;研究高强钢筋在等幅应变疲劳过程中的应力-应变循环特性,给出Coffin-Manson和Hollomon模型的拟合式和三参数疲劳计算式。首次用耗能韧度评价钢筋在应变疲劳过程中(或地震反复作用)消耗地震能量的能力。结果表明：钒-氮微合金化生产的HRB500E钢筋,其低周应变疲劳寿命和循环韧度均优于钒-氮-铌方法生产的HRB500E钢筋;高强度钢筋有利于提高疲劳寿命、容许应力幅值和总耗能韧度等;总耗能韧度与应变幅有关,增加应变幅值,总耗能韧度减小;相同应变幅值,T63E高强钢筋疲劳寿命比HRB400钢筋更长。最终建立总应变幅与强度损失系数、塑性应变范围的关系。     

高强混凝土梁抗弯疲劳性能的试验研究

本文通过对11根配有新Ⅲ级钢(20MnSiv)的高强混凝土简支梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析研究了受弯构件的疲劳特性,给出了压区混凝土应力,纵向受拉钢筋应力的计算方法及钢筋的疲劳强度设计值,得到了作为控制梁的疲劳承载能力极限状态的S-N曲线,并提出高强混凝土受弯构件在等幅疲劳荷载作用下正截面疲劳设计方法.     

疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土受拉轴力性能的研究

为了研究钢筋锈蚀率、疲劳荷载对锈蚀钢筋混凝土粘结性能的影响,本文通过轴心受拉构件的疲劳试验,分析了构件在不同钢筋锈蚀率及疲劳荷载作用下的应力和应变,得出了疲劳荷栽下构件的变形、滑移随钢筋锈蚀率的不同而呈现出的变化规律。     

CFRP板-钢黏结界面的疲劳性能

开展了碳纤维增强聚合物（CFRP）板-钢双搭接试件的疲劳试验,考虑荷载水平的影响,分析了黏结界面的疲劳性能,比较了基于平均黏结应力幅或局部黏结应力幅的中值及设计疲劳曲线（S-N曲线）的适用性.结果表明：疲劳荷载下CFRP板-钢接头的主要破坏模式为钢-胶层界面剥离或钢-胶层/CFRP板-胶层界面剥离的混合破坏模式;不同荷载水平下荷载-位移曲线斜率的变化趋势大致相同;界面损伤从界面黏结应力较大的加载端开始,逐渐向自由端扩展,扩展至一定程度后界面突然断裂;采用幂函数公式预测试件的疲劳寿命时,基于平均黏结应力幅S-N曲线的拟合优越性更为显著,疲劳极限为1.88 MPa;最后,给出了具有95%可靠度的设计S-N曲线.     

车辆荷载作用下斜拉索疲劳可靠度分析

针对桥梁疲劳损伤累积过程中的大量不确定性因素,基于Miner线性累积损伤理论提出车辆荷载作用下大跨斜拉桥的疲劳可靠度评估方法。通过"影响面"计算得到车辆荷载作用下各斜拉索的时点应力,采用"雨流计数法"统计斜拉索的应力幅和循环次数。在此基础上,对车辆荷载作用下斜拉索的疲劳可靠度进行分析。结果表明:斜拉索应力随机过程可采用Poisson过程描述;车辆荷载作用下的斜拉索疲劳可靠指标为7.19~17.57,靠近索塔处的斜拉索疲劳可靠指标较大,远离索塔处的斜拉索疲劳可靠指标较小。     

铁路桥梁高强钢筋疲劳性能试验研究

为研究铁路桥梁常用高强钢筋的疲劳性能,论文以直径为16 mm的HRB400高强钢筋开展了疲劳性能试验,试验过程中应力比控制为0.4,夹持段进行去肋处理。论文对比分析了不同钢筋夹持段处理方式的优缺点,根据疲劳试验结果,采用双对数-双折线模型研究了高强钢筋在应力比荷载下的常幅疲劳S-N曲线。     

钢筋蚀坑对其疲劳断裂特性的影响

基于降载勾线法,对人工钻孔模拟蚀坑的3根HPB300钢筋试件开展了疲劳裂纹扩展试验,并结合FRANC3D软件对钢筋疲劳裂纹扩展规律进行了数值分析.在此基础上,以不同应力幅值对12种尺寸的半椭圆形蚀坑钢筋模型的裂纹扩展过程进行了数值分析.结果表明:钢筋裂纹扩展速率前期缓慢增长,后期迅速增大;初始裂纹深度较大的钢筋疲劳寿命明显缩短;初始裂纹深宽比越大的钢筋疲劳寿命越短;应力幅值增大会使缺陷钢筋疲劳寿命缩短,并且初始裂纹深宽比越大的钢筋,其后期裂纹扩展速率增长越快,疲劳寿命缩短越明显.     

锈蚀钢筋轴向拉伸疲劳试验研究

采用通电加速锈蚀的方法获取锈蚀钢筋,并从中选取17根锈蚀率不同的钢筋试件进行轴向拉伸疲劳试验,以研究应力幅与锈蚀率对钢筋疲劳寿命以及疲劳锈损后力学性能的影响.钢筋试件按近似平均锈蚀率0%,3%,6%,9%,12%,15%设计.结果表明:实测锈蚀率为3.87%,6.78%,9.47%,12.32%,15.35%的钢筋疲劳寿命较未锈蚀钢筋疲劳寿命分别降低了51.26%,60.84%,65.82%,71.04%,79.22%;应力幅200MPa时,应力比为0.24,0.34钢筋的疲劳寿命分别较应力比为0.10时降低了8.6%,13.6%;钢筋的疲劳寿命近似按指数规律衰减.     

高速铁路用HRBF500钢筋预应力混凝土梁疲劳性能试验研究

设计制作了2根配置500 MPa细晶粒(HRBF500)钢筋的预应力高强混凝土T形梁,通过实测预应力损失与理论计算比较,得出实测预应力损失大于理论计算值。基于疲劳荷载的试验,绘出HRBF500钢筋应力、钢绞线应力及梁跨中挠度曲线,分析配有细晶粒钢筋的预应力混凝土梁的疲劳性能。结果表明,在一定幅度的疲劳荷载(等幅)作用下,配有HRBF500钢筋的预应力高强混凝土梁,其钢筋、预应力钢绞线及跨中挠度均满足使用阶段规范的限值,即在HRBF500钢筋拉应力大于150 MPa条件下,经过250万次疲劳荷载作用后仍满足设计要求。     

钢筋活性粉末混凝土梁全寿命周期疲劳应力计算方法研究

为了分析钢筋活性粉末混凝土梁在疲劳荷载作用下正截面力学性能随疲劳荷载作用次数不断劣化的过程,结合现有的钢筋混凝梁疲劳研究成果和本文钢筋活性粉末混凝土梁疲劳试验,提出了适用于活性粉末混凝土的疲劳变形模量退化模型和疲劳残余应变发展模型,并根据应变等效性假说推导得到了钢筋的弹性模量退化模型。在此基础上,采用钢筋弹性模量和活性粉末混凝土疲劳变形模量作为相应材料的损伤参量,同时考虑活性粉末混凝土残余应变和裂缝不能完全闭合的影响,应用分段线性的方法,提出了钢筋活性粉末混凝土梁全寿命周期正截面疲劳应力的计算方法。由该方法计算得到的理论值与试验值的对比分析表明:理论值与试验值吻合较好,具有一定的精度。该计算方法能较好地对钢筋活性粉末混凝土梁进行疲劳全过程分析,可部分代替费时、费力的疲劳试验。