钢筋混凝土梁腐蚀后疲劳性能的试验研究

对先人工腐蚀和预裂后再人工腐蚀的钢筋混凝土梁试件进行了静力荷载和高周疲劳荷载试验研究,比较了腐蚀对钢筋混凝土梁静力性能和疲劳性能的影响。研究表明,当钢筋腐蚀率较低(小于5%)时,钢筋混凝土梁的静承载力没有明显的变化,但在高周反复荷载作用下,梁疲劳承载力大为降低,特别是试验前预腐蚀的梁,疲劳寿命仅为未腐蚀梁的26%。疲劳承载力降低的原因是局部腐蚀(即使程度很小)导致梁中钢筋出现微缺陷,或使已有的微缺陷扩大,加速了钢筋微裂纹的扩展。所以,对于腐蚀环境中承受反复荷载作用的钢筋混凝土结构,设计中应特别注意腐蚀对结构疲劳性能的影响。     

疲劳荷载与海水侵蚀作用下钢筋混凝土梁耐久性试验

沿海地区的钢筋混凝土桥梁结构在服役期间,受到疲劳荷载和氯离子侵蚀的综合作用,其使用寿命缩短。为模拟桥梁的实际工作状态,首先对钢筋混凝土梁施加疲劳荷载20万次(疲劳荷载上限分别为0.16 P _u、0.24P _u、0.32P _u、0.40P _u,P _u为梁受弯极限荷载),然后经历海水浸泡和空气环境干湿循环100 d,最后静力加载获得钢筋混凝土梁受弯承载力。共完成5组10根钢筋混凝土梁试验。研究结果表明：在疲劳荷载上限不大于0.24P _u时,试件性能劣化不明显;疲劳荷载上限大于0.24P _u时,梁试件的初始刚度、屈服荷载和极限荷载随着疲劳荷载上限的增大而快速降低;当疲劳荷载上限为0.40P _u时,梁试件的初始刚度、屈服荷载和极限荷载分别降低51.80%、21.78%、15.07%。     

海洋腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

对8根钢筋混凝土梁进行了大气环境、淡水及海水环境下的疲劳试验,研究了其力学性能及刚度损伤演化规律。进一步分析了三种环境与循环荷载共同作用下试件梁的破坏形态、挠度发展规律和疲劳寿命。试验结果表明,腐蚀和疲劳存在耦合作用,海水腐蚀环境与5%~70%荷载水平作用下,梁疲劳寿命最短。根据理论分析和试验结果,对钢筋混凝土梁在严酷海洋环境下的疲劳寿命及其规律进行了进一步研究,参考已有文献和试验研究结果给出了基于钢筋混凝土梁刚度损伤演化规律的疲劳寿命预测模型,经计算,实测结果与该预测模型计算结果之间的误差不超过13%。     

疲劳损伤RC梁氯离子腐蚀后疲劳性能和氯离子扩散性试验研究

对于沿海地区具有疲劳损伤的在役钢筋混凝土(RC)桥梁结构,其在氯腐蚀后的疲劳性能和氯离子扩散性对于结构耐久性设计和评估至关重要。为此,通过试验研究15根不同初始疲劳损伤程度RC梁在氯腐蚀后的疲劳性能和混凝土中氯离子含量,试验参数包括荷载水平(疲劳荷载上限与静载极限荷载之比,取0.2~0.5)、初始疲劳加载次数(1×104~120×104)、氯腐蚀时间(90、180d)和受拉纵筋配筋率(1.06%、1.59%和2.91%)。试验结果表明：疲劳损伤RC梁在氯腐蚀后进行疲劳加载时,梁挠度和混凝土应变等呈现典型的三阶段变化特征;荷载水平、初始疲劳加载次数、氯腐蚀时间和受拉纵筋配筋率均对其剩余疲劳寿命影响显著,荷载水平(不小于0.4)、初始疲劳加载次数(第一疲劳阶段)和氯腐蚀时间的增加均引起剩余疲劳寿命迅速降低,当配筋率增加到42%界限配筋率时,寿命有所增加;受拉混凝土氯离子扩散性的增加与RC梁剩余疲劳寿命的降低相关联,而受压混凝土的扩散性随荷载水平、初始疲劳加载次数和配筋率的增加而增加。     

疲劳荷载幅值对氯环境下疲劳损伤RC梁剩余力学性能的影响

沿海环境的钢筋混凝土桥梁结构通常受到疲劳荷载以及氯离子的综合作用。通过试验室模拟此类结构的工作状态,试验研究了不同疲劳荷载(0.2P_u、0.3P_u、0.4P_u、0.5P_u)预损伤并经历氯溶液干湿循环后钢筋混凝土梁试件的剩余力学性能(剩余承载力、耗能能力、刚度、延性)。结果表明,与未疲劳损伤梁试件相比,疲劳损伤并经历海水干湿循环梁试件的屈服荷载随着疲劳损伤荷载增大而下降,极限荷载基本不变;疲劳损伤梁试件的刚度和延性大幅度下降,且不同荷载水平下的延性和刚度劣化程度基本保持一致;疲劳加载过程中,每个循环形成的滞回环面积随着循环加载次数的增加而明显降低且趋于稳定,稳定所需的最小循环加载次数随着荷载水平的增大而增大。     

Experimental study on fatigue behavior and chloride diffusivity of fatigue damaged RC beams after chloride attack

对于沿海地区具有疲劳损伤的在役钢筋混凝土(RC)桥梁结构，其在氯腐蚀后的疲劳性能和氯离子扩散性对于结构耐久性设计和评估至关重要。为此，通过试验研究15根不同初始疲劳损伤程度RC梁在氯腐蚀后的疲劳性能和混凝土中氯离子含量，试验参数包括荷载水平(疲劳荷载上限与静载极限荷载之比，取0.2~0.5)、初始疲劳加载次数(1×104~120×104)、氯腐蚀时间(90、180d)和受拉纵筋配筋率(1.06%、1.59%和2.91%)。试验结果表明：疲劳损伤RC梁在氯腐蚀后进行疲劳加载时，梁挠度和混凝土应变等呈现典型的三阶段变化特征；荷载水平、初始疲劳加载次数、氯腐蚀时间和受拉纵筋配筋率均对其剩余疲劳寿命影响显著，荷载水平(不小于0.4)、初始疲劳加载次数(第一疲劳阶段)和氯腐蚀时间的增加均引起剩余疲劳寿命迅速降低，当配筋率增加到42%界限配筋率时，寿命有所增加；受拉混凝土氯离子扩散性的增加与RC梁剩余疲劳寿命的降低相关联，而受压混凝土的扩散性随荷载水平、初始疲劳加载次数和配筋率的增加而增加。     

钢筋混凝土简支梁疲劳剩余承载性能试验研究

为研究结构构件发生一定疲劳损伤后的疲劳剩余承载性能,对4根相同的钢筋混凝土简支梁分别进行静承载力试验和疲劳后的剩余承载性能试验。对试件在发生严重的疲劳损伤后的疲劳剩余承载性能进行研究发现,梁的失效是由受拉区钢筋断裂造成的,按适筋梁设计的试件在发生明显的疲劳损伤后呈现出类似少筋梁的破坏形式;试件疲劳后的屈服承载力小于疲劳加载上限,极限承载力大于疲劳加载上限;疲劳过程中试件刚度的变化基本遵循突然降低—平稳—降低的趋势。     

冻融与疲劳荷载交替作用下预应力混凝土梁损伤研究

通过12根预应力混凝土梁的冻融和疲劳交替试验,探索疲劳荷载上限、混凝土强度等级、预应力度及冻融疲劳交替次数比对试件外观形态、疲劳加载时的挠度及混凝土动弹性模量变化规律的影响;利用极差分析方法研究预应力度、疲劳荷载上限和冻融疲劳交替次数比对动弹性模量衰减速率的影响。试验结果表明,施加预应力和提高混凝土强度可以有效改善试件的抗冻性能;冻融作用增大了疲劳加载时试件的挠度增加率,促进了试件刚度的衰减;疲劳荷载上限始终是影响动弹性模量衰减的控制因素,随着试验的进行预应力度和冻融疲劳交替次数比对试件动弹模量的影响逐渐增加。     

高强钢筋混凝土梁疲劳抗弯刚度试验研究

通过对8根高强钢筋混凝土梁进行抗弯静载试验和疲劳试验,探究了钢筋强度等级、混凝土强度等级及配筋率对高强钢筋混凝土梁疲劳抗弯刚度的影响,分析了疲劳试验过程中高强钢筋混凝土梁挠度的变化规律。试验结果表明,钢筋强度等级对梁的疲劳抗弯刚度影响不明显,配筋率是影响疲劳抗弯刚度的重要因素,提高混凝土、钢筋等级及配筋率可显著提高梁的疲劳抗弯刚度。重复荷载作用200万次后,梁的承载力有所下降,下降幅度小于5%,荷载作用过程中,梁的挠度得到了充分发展。     

基于车辆荷载的锈损公路桥梁疲劳性能试验研究

采用湿盐砂锈蚀方法获得腐蚀环境钢筋混凝土劣化试件,选取与车辆荷载作用下公路桥梁实际承受的疲劳应力水平,通过8根锈蚀钢筋混凝土梁的弯曲疲劳试验,分析了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳破坏形态及应力水平和钢筋锈蚀率对梁疲劳性能的影响规律。试验结果表明,锈蚀梁的疲劳破坏形态为主筋脆性断裂;在设计应力水平作用下,疲劳加载满足规范200万次要求;在桥梁实际应力水平作用下,未锈蚀试验梁的平均疲劳寿命较规范值减少6.71%;锈蚀较严重的试验梁疲劳寿命较规范值减少13.57%,较同应力水平的未锈蚀梁疲劳寿命减少42.54%,锈蚀对试验梁的疲劳寿命影响显著。随着疲劳循环次数的增加,锈蚀梁钢筋内部出现疲劳损伤、抗弯刚度逐渐退化,混凝土残余应变累积,裂缝演变基本符合快速增加、稳定发展、急剧变化的“三阶段”发展规律。根据试验结果,建立S-N疲劳寿命方程,提出了锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命计算方法,研究结果为桥梁结构疲劳性能评估提供理论依据。     

钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载影响因素研究

采取梁截面b×h为120 mm×200 mm、长为2 100 mm的试件,进行加载试验,探究钢纤维体积率、钢纤维铺设层厚及腐蚀时间对钢纤维钢筋混凝土开裂荷载的影响。结果表明,钢纤维钢筋混凝土梁开裂荷载受钢纤维体积率、钢纤维混凝土层厚及试件梁腐蚀时间而影响程度不同。钢纤维层厚对钢纤维混凝土梁的开裂荷载的影响作用最为突出,钢纤维体积率的影响作用较为突出。     

复合砂浆钢筋网加固钢筋混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

对用高性能水泥复合砂浆钢筋网加固的钢筋混凝土梁进行了正截面受弯静力和等幅疲劳试验研究。通过对加固形式为U形三面加固的8根钢筋混凝土加固梁和2根未加固梁的静载和疲劳试验,研究了这种加固技术对钢筋混凝土梁受弯疲劳性能的影响和作用。试验中对比了加固与未加固构件的裂缝开展、跨中挠度等情况,分析了在疲劳荷载作用下钢筋混凝土加固梁的承载力、疲劳性能和破坏形态等。试验结果表明,加固后试件的疲劳变形有所减小,试件的疲劳抗裂性能也得到较大提高。试验证实,加固施工只要满足简单的操作规程就不会发生剥离破坏。根据试验分析,得到了加固试件在疲劳荷载作用下变形模量、疲劳刚度计算和正截面疲劳强度验算试验回归公式,为这种加固方法的设计提供一定的参考。     

复杂环境及荷载共同作用下CFRP加固高强钢筋-混凝土梁受力性能试验

为研究冻融循环、湿热环境、持续荷载等因素共同作用对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固高强钢筋混凝土梁耐久性的影响,制作了15根CFRP加固钢筋混凝土梁。对荷载和环境因素耦合作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的结构性能进行了试验研究和理论分析。结果表明:湿热环境和冻融循环都会对CFRP加固钢筋混凝土试件产生不同程度的影响;采用CFRP加固钢筋混凝土梁将增加试件刚度,但环境作用使得黏结界面劣化,从而使加固试件刚度降低,变形增大;持续荷载会加速环境对CFRP加固钢筋混凝土试件的劣化速度,并且随着荷载等级的增大,影响越来越明显;相同环境作用下,持续荷载使得试件极限承载力降低,并且随着持续荷载的增加,试件承载力降低加快;经受150次冻融循环、湿热1 000 h作用时,持续荷载等级为30%,60%试件的承载能力分别下降2.5%,10.2%,持续荷载会加速劣化加固混凝土试件的抗弯性能;温度40°、湿度98%的湿热环境下500 h比冻融循环150次对试件劣化程度产生的影响更为显著。     

氯盐环境下钢筋混凝土结构腐蚀疲劳寿命评估

氯盐侵蚀环境与疲劳荷载的耦合作用显著影响钢筋混凝土结构的安全性和耐久性。本研究建立了钢筋混凝土结构在氯盐侵蚀环境和疲劳荷载耦合作用下的腐蚀疲劳寿命预测模型。该模型考虑了疲劳荷载对钢筋锈蚀速率的影响以及钢筋锈蚀引起的疲劳损伤累积的加速效应。以某工业厂房中6 m跨度钢筋混凝土吊车梁为例，评估了吊车梁的疲劳损伤与腐蚀疲劳寿命，并通过参数化分析讨论了吊车起质量、工作频率和氯盐侵蚀环境等级对疲劳损伤以及腐蚀疲劳寿命的影响。结果表明：吊车梁在设计工况下的腐蚀疲劳性能良好，在设计使用年限内未发生腐蚀疲劳破坏，且最终的腐蚀疲劳寿命为109.8年。吊车起质量、工作频率和氯盐侵蚀环境等级可以导致钢筋混凝土吊车梁的腐蚀疲劳寿命最高分别降低61.7%、45.9%和41.1%。     

疲劳荷载和环境腐蚀作用下环氧涂层钢筋混凝土试件的耐久性研究

为探讨疲劳荷载和环境对服役配环氧涂层钢筋混凝土桥板耐久性能的影响,设计了配不同环氧涂层钢筋的20根钢筋混凝土试件,分别进行了试件的疲劳加载和盐水腐蚀试验。运用电化学方法对已加载和未加载试件中不同涂层厚度钢筋的腐蚀电位和阻抗进行了测试,并结合不同试件的裂缝分布,进行了钢筋腐蚀电位和阻抗分析。分析结果表明,环氧涂层的强耐腐蚀性能有效防护钢筋;不同厚度的环氧涂层会改变钢筋与混凝土之间的粘结特性,影响钢筋混凝土试件的裂缝开裂形式;钢筋腐蚀电位和试件阻抗图谱反映试件内钢筋的锈蚀程度,加载形式不同会对试件钢筋锈蚀产生不同影响。     

配置碳纤维预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土无腹筋梁疲劳性能试验研究

对6根仅配置纵向CFRP预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土（RPC）无腹筋梁试件进行了静力和疲劳试验,研究了RPC钢纤维含量、疲劳荷载水平、加载方式等参数对其疲劳性能的影响。结果表明：疲劳荷载作用下梁试件发生剪切破坏;无论是承受静力荷载还是疲劳荷载的梁试件,都不宜过高估计钢纤维的作用而取消抗剪腹筋;提高钢纤维含量可以显著改善梁试件的疲劳性能,钢纤维含量为3%的CFRP预应力筋RPC无腹筋梁,若RPC的主拉应力小于其抗拉强度的50%,可免于疲劳破坏;经回归分析,给出了试验梁的刚度退化方程及RPC主拉应力与疲劳寿命关系方程。     

疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过8根锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳试验,研究了疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁破坏形态、疲劳强度与疲劳寿命及其变形性能。试验结果表明,锈蚀钢筋混凝土梁均发生了以钢筋疲劳断裂为标志的正截面弯曲疲劳破坏。随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命显著降低。根据试验结果并收集国内外26组试验数据,回归出95%保证率的锈蚀钢筋混凝土梁S-N曲线。根据理论分析和试验结果,提出疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土梁跨中挠度计算方法。研究结果为锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能评估提供了理论依据。     

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。     

再生粗骨料钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

对5根再生粗骨料钢筋混凝土梁及1根普通钢筋混凝土梁的弯曲疲劳性能进行了试验研究,比较了再生粗骨料钢筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁的开裂荷载、疲劳破坏特征、疲劳寿命、疲劳荷载作用下的跨中挠度、裂缝宽度等,研究结果可为再生粗骨料钢筋混凝土梁的设计和应用提供参考。     

C80早龄期钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

通过1,3,7,28,90 d不同龄期下8根C80高强钢筋混凝土梁(RCL)试件受弯性能试验,研究钢筋混凝土梁在各种龄期下的破坏形态,量测和记录不同龄期下梁的挠度、应变、裂缝发展情况,并通过对1,3,7 d龄期梁试件早期受力(同龄期下梁破坏荷载的50%),卸荷后自然养护28 d进行抗弯性能试验,分析梁试件早期受力对后期强度及其他性能的影响,重点探究早龄期梁试件的抗弯能力和延性性能。试验结果表明:试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载在早龄期(3 d前)阶段受龄期影响较大,之后影响变小,7 d后影响幅度在3%左右,1 d龄期的钢筋混凝土梁其极限弯矩可达自然养护条件下28 d龄期梁极限弯矩的90%;各种龄期下梁截面应变基本符合平截面假定;梁早期承受50%极限荷载对后期承载能力影响较小,对变形能力影响较大。