混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

定侧压混凝土双轴疲劳破坏准则研究

针对多轴复杂应力状态下的混凝土疲劳破坏问题,进行一系列定侧压下双轴疲劳破坏试验,包括定侧压下受压疲劳、纯拉疲劳和拉-压变号疲劳试验。通过对试验资料的分析,建立各种应力状态下的混凝土疲劳S-N关系曲线和双轴疲劳破坏准则。由各侧压级别下的S-N曲线得到混凝土在相应工况下的疲劳强度折减系数,并利用其对实际工程进行疲劳验算,计算结果显示混凝土多轴疲劳破坏准则能很好地弥补现行规范在疲劳验算中的不足,计算结果令人满意。     

侧压作用下混凝土拉压疲劳性能

利用电液伺服多轴疲劳子结构试验机,对混凝土进行了疲劳试验,分析了混凝土在无侧压和有侧压拉压循环荷载作用下的疲劳寿命、疲劳强度及应力、应变变化规律.通过对试验数据进行回归处理,得到了混凝土的疲劳寿命S N曲线及其表达式.结果表明：在侧压作用下,混凝土的疲劳性能有所降低,其疲劳强度随着侧压的增加而降低,疲劳应变也随之变大.     

定侧压混凝土双轴等幅拉压疲劳性能试验研究

针对预应力混凝土桥梁在使用荷载下出现的双轴拉-压疲劳状态,通过自行改造的MTS试验机对定侧压下混凝土等幅拉-压疲劳性能进行了试验研究。在对试验结果进行分析的基础上,综合单轴拉-压疲劳的结论给出了该种疲劳状态下混凝土的S-N关系和双轴疲劳强度包络线。根据试验过程中实测的应力-应变数据分析了混凝土的变形性能,提出了疲劳总应变、第二阶段应变率及疲劳变形模量与疲劳寿命之间的关系式。研究结果表明:定侧压作用下混凝土拉-压疲劳破坏形态与侧压水平无关;侧压降低了混凝土拉-压疲劳强度,侧压水平越高其降低得越明显。     

侧压作用下混凝土的拉压疲劳性能

利用电液伺服多轴疲劳子结构试验机,对混凝土进行了疲劳试验,分析了混凝土在无侧压和有侧压拉压循环荷载作用下的疲劳寿命、疲劳强度及应力、应变变化规律.通过对试验数据进行回归处理,得到了混凝土的疲劳寿命S-N曲线及其表达式.结果表明:在侧压作用下,混凝土的疲劳性能有所降低,其疲劳强度随着侧压的增加而降低,疲劳应变也随之变大.     

定侧压混凝土双轴抗压疲劳变形特性试验研究

本文通过自行改造的MTS疲劳试验机对混凝土在定侧压下等幅和变幅抗压疲劳的变形性能进行了试验研究。根据试验实测的混凝土循环应力-应变数据,分析了混凝土双轴受压疲劳应变、刚度与超声波速的衰减规律,提出了与侧压水平相关的疲劳第二阶段应变率和混凝土疲劳寿命之间的关系式。根据试验得到的试件疲劳破坏形态分析了定侧压下混凝土双轴受压疲劳破坏的机理。试验结果表明:定侧压下混凝土受压疲劳破坏形态与侧压水平相关,而且疲劳应变发展仍符合三阶段规律,第二阶段应变率与疲劳寿命之间也具有很好的相关性。     

混凝土双轴抗压疲劳累积损伤规律试验研究

本文在对混凝土立方体试件进行定侧压下双轴等幅与变幅抗压疲劳试验的基础上,研究了素混凝土双轴抗压疲劳累积损伤性能。通过对试验结果的分析,证明Miner准则不适于描述疲劳损伤的累积规律;CortenDolan损伤公式可以用于混凝土剩余疲劳寿命的预测。分别选择疲劳最大应变、疲劳残余应变、疲劳变形模量和横向超声波速定义了损伤,得到了不同的损伤累积规律;在综合了纵向变形、模量及横向微裂缝的发展程度的基础上提出了混凝土平均损伤变量,得到了损伤演化方程。本文还应用二级变幅疲劳试验结果修正了常用的损伤等效原理,大大提高了混凝土剩余疲劳寿命预测的精度。本文的研究为混凝土在定侧压下双轴抗压疲劳寿命的预测和损伤评价奠定了基础。     

机制砂混凝土抗弯曲疲劳性能研究

开展了机制砂混凝土(MSC)与河砂混凝土(RSC)在5种应力水平下的等幅弯曲疲劳试验,进行了混凝土弯曲疲劳寿命的Weibull分布检验,拟合了用于确定等幅荷载下弯曲疲劳寿命的SN-Pf方程,并对混凝土界面过渡区进行了显微分析.结果表明:MSC和RSC的弯曲疲劳寿命分布均符合两参数Weibull分布,MSC弯曲疲劳寿命离散性整体小于RSC;在相同应力水平下,MSC的抗弯曲疲劳性能优于RSC,且其弯曲疲劳寿命的应力水平变化敏感性小于RSC;弯曲疲劳寿命为2×106次时,MSC的弯曲疲劳强度折减系数为55%,RSC的弯曲疲劳强度折减系数为53%;MSC界面过渡区显微硬度大于RSC,且界面过渡区密实性更好.     

混凝土双轴抗压疲劳损伤特性的超声波速法研究

对混凝土在双轴压疲劳荷载作用下超声波波速的变化规律进行了试验研究。结果表明，穿透混凝土试件自由面的横向波速随着荷载循环次数的增加而发生明显的3阶段衰减，即初始迅速衰减，稳定衰减与临近破坏的急速衰减3阶段，它们分别约占疲劳寿命的10％，80％和10％，而且受侧压水平及疲劳应力水平的影响。基于超声波速定义了损伤变量，建立了混凝土疲劳累积损伤的演化方程，最后提出了在实际工程中运用无损的超声检测法评定混凝土疲劳损伤与结构耐久性的一般方法。     

钢纤维混凝土的抗压疲劳特性研究

研究了素混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理.通过试验研究了钢纤维品种、纤维掺量、加载应力水平对疲劳寿命及能量吸收的影响规律;探讨了疲劳累积损伤的特性.研究表明:在较低的应力水平下,钢纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大.     

C60混凝土高温后低周循环受压疲劳性能研究

为了研究高强混凝土所经温度高低、加温时间长短与低周受压疲劳损伤之间的关系,对经历200、500、800℃高温后的C60混凝土在低周循环受压荷载下的疲劳性能进行了试验研究。结果表明：高温后高强混凝土的色泽变浅,试块整体较疏松;经不同高温后高强混凝土在低周循环受压荷载下最大纵向总应变符合三阶段发展规律;相对于应力水平对高强混凝土疲劳应变的影响,高温历程对其影响更大,尤其是受热最高温度影响最为显著。根据应变发展的第二阶段提出了疲劳寿命的估算公式。分别定义疲劳变形模量比和相对残余应变为损伤变量,建立了经历不同高温后高强混凝土受压疲劳损伤模型,并根据疲劳变形模量比建立的损伤模型对高强混凝土的疲劳寿命进行了预测,预测值与实测值吻合良好。     

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.     

高强钢筋高强混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

通过9根配有新Ⅲ级钢的高强混凝土梁和4根配有Ⅱ级钢的混凝土梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析研究了高 强混凝土梁的变形性能和疲劳特性。试验结果表明,在高强混凝土梁中应用高强钢筋,可以使两者的性能得以充分发挥, 不仅承载力大幅度提高,而且能较好的满足正常使用极限状态的要求。高强混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下刚度降低, 裂缝宽度增大,其变化规律和受压区混凝土应变的增加规律基本一致。疲劳荷载作用N次后构件的裂缝宽度,可根据初 始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数来计算。根据试验分析,得到了高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的截面应力、裂 缝宽度及高强钢筋S-N曲线试验回归公式,可为高强混凝土梁设计提供一定的参考。     

Strength degradation of sandstone and granodiorite under uniaxial cyclic loading

Change in mechanical properties of rocks under static loading has been widely studied and documented. However, the response of rocks to cyclic loads is still a much-debated topic. Fatigue is the phenomenon when rocks under cyclic loading fail at much lower strength as compared to those subjected to the monotonic loading conditions. A few selected cored granodiorite and sandstone specimens have been subjected to uniaxial cyclic compression tests to obtain the unconfined fatigue strength and life. This study seeks to examine the effects of cyclic loading conditions, loading amplitude and applied stress level on the fatigue life of sandstone, as a soft rock, and granodiorite, as a hard rock, under uniaxial compression test. One aim of this study is to determine which of the loading conditions has a stronger effect on rock fatigue response. The fatigue response of hard rocks and soft rocks is also compared. It is shown that the loading amplitude is the most important factor affecting the cyclic response of the tested rocks. The more the loading amplitude, the shorter the fatigue life, and the greater the strength degradation. The granodiorite specimens showed more strength degradation compared to the sandstone specimens when subjected to cyclic loading. It is shown that failure modes of specimens under cyclic loadings are different from those under static loadings. More local cracks were observed under cyclic loadings especially for granodiorite rock specimens.     

温度对盐岩疲劳特性影响的试验研究

 对不同温度下的盐岩试件进行单轴压缩试验,发现盐岩单轴抗压强度随着温度的升高明显下降,峰值应变却随着温度的升高而逐渐增大。根据不同温度下盐岩的单轴抗压强度选取合适的上、下限应力值,对各温度条件下盐岩试件进行循环荷载试验,发现：盐岩在相同应力比循环荷载作用下,疲劳寿命随着温度的升高而增加;不同温度下盐岩的疲劳损伤发展模式都包括减速损伤阶段、匀速损伤阶段和加速损伤阶段;随着温度的升高匀速疲劳损伤阶段所占的比例增加;与轴向应变曲线相比,体积应变的3个损伤阶段更加明显。最后应用弹塑性材料损伤分析公式,对盐岩的疲劳损伤进行分析,发现盐岩损伤发展模式与盐岩试件的体积应变发展模式较为接近,因此选取体积应变来描述盐岩的疲劳损伤较为合理。     

周期荷载作用下黄砂岩疲劳破坏变形特性试验研究

为研究周期荷载对工程岩体长期稳定性的影响作用,利用Rockman207岩石力学试验系统对黄砂岩试件进行了单轴条件下不同上限应力和应力幅值的周期荷载疲劳试验。试验结果表明:黄砂岩的疲劳破坏受到静态应力–应变全过程曲线轴向、环向以及体积变形量的控制,在控制曲线的峰值强度或峰值强度之后,疲劳试验过程中会出现"初始破坏";黄砂岩疲劳破坏轴向和环形不可逆变形的3阶段发展规律的本质影响因素是产生的应变速率不同,黄砂岩的疲劳破坏过程是轴向和环向不可逆变形不断累积的过程;在一定条件下,黄砂岩的循环次数–上限应力曲线(N–S曲线)可以用来预测岩石的疲劳寿命。