腐蚀预应力钢绞线疲劳寿命概率模型

考虑腐蚀程度对钢绞线SN曲线斜率及指定应力幅下特征疲劳寿命的影响,将腐蚀程度作为协变量引入表征疲劳寿命的三参数Weibull模型,将疲劳寿命、应力幅及腐蚀程度统一在概率模型中,构建可以定量评价腐蚀影响的钢绞线疲劳寿命多参数Weibull模型。根据模型的物理含义给出参数取值的限制条件,推导模型参数的极大似然估计算法,进一步采用腐蚀钢绞线疲劳试验数据构建具有概率保证率的疲劳寿命随腐蚀程度与应力幅变化的空间曲面。研究表明：该多参数Weibull模型能够较好地评价腐蚀程度对钢绞线疲劳寿命的定量影响,钢绞线疲劳寿命随着腐蚀程度的增加而迅速减小,相对于应力幅而言腐蚀程度对钢绞线疲劳寿命的影响更显著。低应力幅条件下钢绞线疲劳寿命随腐蚀程度增大而降低更多,低应力幅时疲劳寿命对腐蚀更敏感。随着腐蚀程度的增加,指定疲劳寿命下的许用应力幅迅速降低。该多参数Weibull模型可为在役预应力混凝土结构疲劳性能评定提供理论依据。     

不同缺口类型钢筋力学性能试验及数值分析

为模拟局部锈蚀对钢筋静力及疲劳性能的影响,对4种缺口形状、6种缺口尺寸的100根钢筋进行轴向静力拉伸和疲劳拉伸试验.基于静力拉伸试验结果,给出了缺口形状、缺口深度与钢筋屈服载荷、极限荷载间的定量关系,分析了缺口尺寸对应力集中系数的影响;基于疲劳拉伸试验结果,研究了缺口形状和缺口尺寸对钢筋疲劳寿命的影响,建立了钢筋应力范围-疲劳寿命-缺口深度的曲线方程;在试验基础上,建立了精细有限元三维实体计算模型,分析了缺口附近的应力分布状态,解释了坑蚀形态导致钢筋性能退化的原因.结果表明:三角形缺口应力集中系数最大,依次为变长度三角形、径向椭圆形和轴向椭圆形,应力集中程度随应力水平和缺口深度的增加而增大;不同缺口类型钢筋的实际应力范围和疲劳寿命在对数坐标下呈线性关系;三角形和变长度三角形锈坑应力集中梯度较大,率先进入塑性变形阶段,从而较早发生破坏.     

交变荷载和氯盐环境耦合作用下钢绞线的腐蚀特征及力学性能

为探究钢绞线在交变荷载和氯盐环境耦合作用下的腐蚀特征及力学性能,通过开展盐雾腐蚀试验,模拟钢绞线的腐蚀规律,并基于灰度理论定量研究了应力幅对钢绞线腐蚀的影响,分析了不同应力幅作用下钢绞线的破坏形式及疲劳寿命.结果表明:在氯盐环境下,所施加应力幅越大,钢绞线的腐蚀越严重,易出现单疲劳源断口破坏;随着应力幅的降低,钢绞线腐蚀速率有所下降,易出现多疲劳源破坏和分层破坏;钢绞线的抗拉强度与腐蚀率呈指数关系,其延伸率与腐蚀率呈线性衰减趋势;腐蚀程度的增加对钢绞线的疲劳寿命影响较为显著.     

腐蚀损伤Q690E钢板单调拉伸性能与滞回性能研究

为了研究腐蚀损伤对国产Q690E高强钢板单调拉伸性能和滞回性能的影响,通过人工加速盐雾腐蚀试验得到腐蚀损伤试件,并对不同腐蚀损伤程度的试件进行了单调拉伸试验和单轴循环加载试验。基于单调拉伸试验结果,得到名义屈服强度、名义抗拉强度、屈强比及断后伸长率等基本拉伸性能指标与腐蚀损伤程度之间的回归关系。基于单轴循环试验结果,分析了腐蚀损伤对钢板应力-应变滞回曲线、低周疲劳寿命、循环软化性能以及耗能性能等的影响。结果表明：Q690E钢板的单调拉伸性能指标随腐蚀损伤程度增加而线性降低,在相同腐蚀程度下变形性能退化程度远远高于强度退化程度,高强钢板比低碳钢板对腐蚀损伤更敏感;恒幅循环加载下腐蚀损伤会降低钢板的低周疲劳寿命,造成滞回曲线的退化和捏缩,腐蚀损伤不影响钢板稳定软化阶段的循环软化程度但是影响循环软化速率;增幅循环加载下,随着腐蚀程度增加,钢板承载力不断退化,滞回耗能能力呈先增大后减小的趋势。     

8.8级M24高强螺栓的常幅疲劳性能试验研究

为研究8.8级高强螺栓"轴心拉-拉"常幅疲劳性能,对材质为35K的M24高强螺栓进行了3个试件静力拉伸试验和15个试件(应力比为0.3)的常幅疲劳试验,拟合了S-N曲线,对代表性试件疲劳断口进行宏观和微观分析,并与基于GB 50017—2017《钢结构设计标准》相关公式的计算结果进行了对比。结果表明:疲劳试验数据总体较为离散,但均在95%置信区间内,拟合的S-N曲线基本反映不同应力幅下试件的疲劳寿命;试件缺口效应明显,尤其在螺栓螺纹齿根处,应力集中程度严重,点状疲劳源易扩展形成线状疲劳源,断口韧窝特征明显;相比标准建议值,试验所得2×10⁶次对应疲劳强度为其1.61倍。     

国产海上平台钢 E36-Z35焊接接头腐蚀疲劳的试验研究

本文对国产海上平台钢 E36 Z35板状焊接接头试件进行了常幅疲劳弯曲试验,结果表明在海水中自由腐蚀的平均疲劳寿命,约为空气中的1/2～1/3;只要寿命不很短,在阴极保护下,其寿命将大于海水中的自由腐蚀疲劳寿命,而且在低应力长寿命范围内,可以达到甚至超过空气中的疲劳寿命。试验表明,板厚增加,其疲劳强度将明显降低,根据试验数据,本文提出了厚度对疲劳强度和寿命的修正公式。试验得到的初步结论是,国产海上平台钢 E36-Z35,按我国焊接工艺规程制作的焊接接头,要比国外平台钢BS 4360、Grade 50D 的焊接接头好。此外,本文还讨论了应力比和加载频率对接头疲劳寿命的影响。     

带钢板-混凝土组合桥面板的组合梁疲劳性能试验研究

为研究带钢板-混凝土组合桥面板的组合梁在疲劳荷载下的受力性能,对2个试件进行静力试验研究,并对6个试件进行等幅疲劳试验研究。疲劳试验试件按承受正弯矩和承受负弯矩两组类型试件分别考虑,在各组试件中均主要考察疲劳荷载上、下限值及疲劳荷载幅值等因素对带钢板-混凝土组合桥面板组合梁的疲劳破坏模式及疲劳累积损伤的影响。疲劳试验过程中对组合梁试件在各主要循环加载次数下的动挠度、残余挠度、混凝土应变、底部钢板应变、试件钢梁应变及试件受弯刚度进行试验测量和分析。疲劳试验结果表明:正弯矩组合梁试件的疲劳破坏形态为组合梁底部钢梁疲劳断裂破坏,进而受压区混凝土压碎破坏,试件疲劳寿命主要与试件疲劳应力幅有直接关系,而疲劳荷载的上、下限值对疲劳寿命影响较小;负弯矩组合梁试件在200万次循环荷载下均未发生疲劳破坏且仍具有较高承载能力和刚度,表现出了良好疲劳性能。研究成果可为该类型组合梁设计应用提供依据。     

避雷针构架结构端板连接高强螺栓常幅疲劳性能试验研究

为研究避雷针构架结构端板连接处高强螺栓的疲劳性能,对材质为35K的8.8级M24高强螺栓进行了3个试件的静力拉伸试验和15个试件(应力比为0.5)的“轴心拉-拉”常幅疲劳试验.拟合了应力-循环次数曲线(即S-N曲线),选取典型试件疲劳断口进行宏观和微观分析,并与《钢结构设计标准》中疲劳相关条文进行了对比分析.结果表明：疲劳试验数据整体较为离散,但均在95%置信区间内;拟合的S-N曲线基本反映不同应力幅下试件的疲劳寿命;试件缺口效应明显.尤其在螺栓螺纹齿根处,应力集中程度严重,点状疲劳源易扩展形成线状疲劳源,断口韧窝特征明显.对比试验结果和标准建议公式计算结果,2×10⁶次循环次数对应疲劳强度为标准建议值的1.71倍.     

腐蚀和重载交通对预应力混凝土梁耐久性影响研究

为探究重载交通荷载和不均匀腐蚀作用对钢筋混凝土梁可靠性能的影响,根据某服役公路桥梁缩尺设计了7根预应力钢筋混凝土梁。对经过海水浸泡和电化学腐蚀的试件,进行了静载及疲劳试验,结合未腐蚀梁试验结果对试件的疲劳寿命、破坏形态等随荷载上限的变化规律进行了分析。研究表明:腐蚀后的试件延性变差,承载力降低了约8%,开裂荷载也明显下降了25%,试验梁的抗疲劳能力显著下降,高疲劳上限试件更甚。     

受弯植筋梁疲劳损伤试验研究

受弯状态下植筋结构疲劳损伤影响其失效机理的研究相比于静载拉拔试验方面的研究明显不足。通过比较3组不同植筋深度的受弯植筋梁疲劳试验结果,分析了疲劳与静载试验现象的异同。疲劳试验采用的应力比为0.56,试件经200万次循环加载后静力加载至破坏。分析疲劳试件挠度与循环加载次数的关系,得出不同锚固深度试件的疲劳变形计算式。研究试件应力-循环加载次数曲线,得到不同锚固深度试件经疲劳加载后的应力计算式。结果表明:随植筋深度增加,疲劳加载对试件变形、应力的不利影响在逐渐减小;疲劳加载对植筋梁造成的损伤集中在前50万次循环加载。与静载试验相比,疲劳加载会使试件破坏形态发生改变,疲劳荷载使得植筋端头处成为新的薄弱位置。疲劳加载时,植筋深度达到25d时钢筋才会屈服,试件发生塑性破坏。