海水干湿环境下荷载损伤钢筋混凝土梁的氯扩散性

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素,而荷载水平与循环加载对混凝土结构的裂缝扩展及裂隙发展有着显著影响,进而影响氯离子在混凝土结构中的扩散性。模拟沿海环境下钢筋混凝土梁的工作状态,试验研究A、B两组钢筋混凝土梁试件考虑荷载水平和循环加载次数变化,在海水干湿环境下的氯氯离子含量变化。A组选择荷载水平分别为0P_u、0.3P_u、0.4P_u、0.5P_u、0.6P_u、0.7P_u(P_u为梁试件的极限荷载)且加载一次;B组选择荷载水平为0.5P_u且循环加载分别0、1、5、10、20次。然后两组荷载损伤RC梁试件经历240次海水干湿循环,最后测定RC梁中混凝土氯离子含量。试验结果表明,随着荷载水平或循环加载次数增加RC梁受拉钢筋附近混凝土氯离子含量增加,尤其是荷载水平达到0.6P_u或0.7P_u、循环加载10或20次时,受拉钢筋附近混凝土氯离子含量明显增加。试验还发现损伤RC梁受拉区0~10 mm深度内氯离子含量呈现先增大后减小有拐点,而在受压区则未发现此现象。上述试验结果将为沿海环境下RC梁结构的寿命预测提供技术依据。     

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%。     

分级等荷循环受压下橡胶水泥砂浆的疲劳损伤演化

为探究橡胶水泥基材料的疲劳及损伤演化特性,以橡胶水泥砂浆为研究对象,对其分别进行10、20、30 kN荷载等级下的10次(低次/限次)等荷循环加-卸载试验,并对试件产生的加载应变、加载应变差、累积残余应变、累积残余应变差、不闭合度、累积残余应变损伤(塑性损伤),以及加载和卸载变形模量进行分析.结果 表明:试件的加载应变和累积残余应变均随着循环荷载等级的增大而增大;试件的加载应变差和累积残余应变差随着循环次数的增加以互相交错波动的形式逐渐减小至0附近;随着循环次数的增加,试件的不闭合度减小,塑性损伤增大,且两者均随循环荷载等级增大而增大;试件的加载和卸载变形模量随着循环次数的增加以分段线性波动的形式增大,也随着循环荷载等级的增大而增大.同时建立了基于临界塑性损伤假定条件下的塑性损伤模型和刚度变化模型,对试件在高次/不限次等荷循环加-卸载过程中的疲劳塑性损伤和刚度演化特征进行了初步预测和表征.     

海水干湿环境下循环荷载损伤混凝土梁的力学性能劣化

采用实验室模拟钢筋混凝土桥梁的实际工作状态,首先对4个钢筋混凝土(RC)梁试件施加幅值分别为0,4Pu,0.5Pu,0.6Pu(Pu为单调加载梁的极限荷载)的循环荷载且等幅循环加载10次,再对损伤的RC梁进行240次海水干湿循环作用,最后进行单调加载试验,研究RC梁的力学性能劣化情况。结果表明:在循环荷载和海水干湿循环综合作用下,随着循环荷载幅度增加,钢筋混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、刚度等力学指标均下降;240次海水干湿循环作用后,循环荷载产生的梁试件中混凝土裂缝大多数自愈合,少数裂缝呈现部分愈合状态。     

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。     

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。     

活性粉末混凝土疲劳后剩余抗压强度试验研究

为研究经受疲劳荷载作用后活性粉末混凝土（RPC）的剩余抗压强度变化规律，对3组共24个RPC圆柱体试件，进行疲劳试验研究。通过静载试验建立RPC抗压强度和谐振频率之间的关系，推算出各疲劳试件的初始抗压强度；在此基础上，对RPC试件进行轴压单级和两级疲劳加载试验，并实测试件在疲劳荷载作用一定次数后的剩余抗压强度。实测结果表明：RPC在单级疲劳后剩余抗压强度的衰减率随循环寿命比的增大而减小，而衰减速率则随着循环寿命比的增大而增大。根据实测值得到RPC单级和两级疲劳加载后剩余抗压强度衰减率与循环寿命比之间关系的拟合公式，计算结果与实测结果吻合良好。图4表8参13     

氯盐干湿循环次数对TRC加固RC柱抗震性能影响

为了研究在侵蚀环境下纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete,TRC)加固RC柱的抗震性能,设计制作了9根钢筋混凝土方柱,其中,3根为对比柱,其余6根为TRC加固柱。采用时控开关控制的水泵定时抽水的方式对水槽内的全部试件进行氯盐干湿循环试验。氯盐干湿循环完成后,对9根试件进行了低周往复加载试验,分析了不同氯盐干湿循环次数对TRC加固柱抗震性能的影响。结果表明:在氯盐干湿循环下,TRC加固能够限制裂缝的发展,提高试件的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载,增大加固试件屈服前的刚度,延缓屈服后的刚度退化,提高加固试件的变形能力和耗能能力;氯盐干湿循环会降低TRC的力学性能;氯盐干湿循环对加固试件的开裂荷载影响不大,但随着氯盐干湿循环次数的增加,加固试件的屈服荷载和峰值荷载减小,耗能能力降低,位移延性系数先增大后减小再增大,在试件屈服前后,刚度退化速率变化规律与位移延性系数相同,但到了位移加载后期,氯盐干湿循环次数对试件刚度退化无明显影响。因此,随着氯盐干湿循环次数的增加,TRC加固RC柱的整体抗震性能有一定程度降低。     

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。     

栓钉锈蚀的钢-混凝土组合梁疲劳性能研究

为研究栓钉锈蚀后负弯矩区钢-混凝土组合梁的疲劳性能,分别进行1个试件的静力试验和5个试件的疲劳试验研究。通过静力试验获得组合梁的极限荷载,为疲劳试验提供依据。通过疲劳试验测试分析了不同栓钉锈蚀率组合梁在经历不同的疲劳循环加载次数后的材料应变、跨中挠度、残余变形及刚度等。试验结果表明,栓钉锈蚀率的增加使组合梁疲劳寿命下降,使负弯矩区组合梁在经历相同疲劳加载次数后的残余变形增加。组合梁刚度在疲劳加载过程中有一定程度的退化,弯曲刚度的退化与栓钉的锈蚀率无明显关系,滑移刚度的退化会随着栓钉锈蚀率的增加而加剧。     

水下混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

通过水下钢筋混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析了水下混凝土梁的变形性能和抗弯疲劳性能,比较了它与普通混凝土梁变形性能的差异.试验结果表明,水下混凝土梁在疲劳荷载作用下,正截面平均应变基本符合平截面假定;随着循环次数的增加,其裂缝宽度逐渐增大,刚度逐步降低,其变化规律与普通混凝土相似,但其裂缝宽度明...     

锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳试验,分析了主筋锈蚀与混凝土梁疲劳性能的关系。疲劳试验包括1根钢筋未锈蚀的对比梁和8根钢筋锈蚀率介于4%～12%的试验梁。试验结果表明锈蚀钢筋混凝土梁的刚度在疲劳过程中表现出“下降—平稳—上升”三阶段特性。由于钢筋混凝土梁中钢筋的不均匀锈蚀,钢筋表面产生明显的坑蚀,锈蚀梁的疲劳破坏在应力幅最大且表面有坑蚀的钢筋截面发生。随着主筋锈蚀率的增加,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为受拉钢筋脆性断裂,破坏前没有预兆。振动测试表明,梁的基本频率并不是随疲劳损伤积累而单调下降,实测基本频率不能可靠地预报锈蚀钢筋的疲劳断裂破坏。同时,在相同疲劳循环次数下,随疲劳应力幅的增大,钢筋锈蚀的性能逐渐由软钢向硬钢转变。     

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。     

部分预应力活性粉末混凝土梁的疲劳性能试验研究

通过对3根部分预应力RPC梁的疲劳试验进行不同加载次数和不同荷载下梁裂缝宽度和挠度的分析,得出试验梁的疲劳破坏过程大致分为裂缝衍生阶段、疲劳稳定阶段、疲劳破坏阶段等3个阶段,预应力度的增加有利于缓和梁的疲劳破坏,对梁斜裂缝的发展具有一定的抑制作用,梁的疲劳刚度随着预应力度的增大而增大,并且增大的幅度随着疲劳次数的增加而降低。     

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%。     

考虑初始荷载的火灾后RC柱抗震性能

为研究初始荷载作用对火灾后钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,分别对3根高温后RC柱和2根常温对比试件进行滞回加载试验。比较分析了不同初始荷载作用下试件的温度场变化、滞回曲线、骨架曲线和破坏模态,重点研究了不同初始荷载与高温冷却全过程对钢筋混凝土柱的破坏模态、剩余变形、剩余承载力、抗弯刚度与延性以及耗能能力的影响。结果表明:初始荷载作用对钢筋混凝土柱高温后的抗震性能影响显著,且存在一定尺寸效应;初始荷载作用时,随着轴压比增大,高温后试件的破坏模态由弯曲破坏变为压溃破坏;初始荷载的作用不仅影响柱截面温度场,而且使得高温后试件产生剩余压缩变形,轴压比越大,剩余压缩变形越大,剩余承载力和抗弯刚度均呈增大趋势,而延性和耗能能力呈下降趋势;高温冷却作用使得试件的承载力、抗弯刚度、延性以及耗能能力总体呈现不同程度的退化;建议在对受火后钢筋混凝土柱进行损伤评估和抗震性能研究时,应合理考虑初始荷载作用和尺寸效应的影响。     

钢筋混凝土梁剪切疲劳破坏试验研究

为研究钢筋混凝土梁剪切疲劳破坏特征,进行了5根钢筋混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳过程中裂缝、箍筋应变等的发展规律。试验结果表明,应力比和应力幅显著影响梁的疲劳寿命,疲劳荷载最大值越大、应力比越小,疲劳寿命越短。最大斜裂缝宽度随疲劳加载先快速增大,然后保持稳定缓慢增长。循环加载过程中,箍筋应变一般随疲劳加载次数增加而增大,且箍筋应变幅不断变化,箍筋受到变幅疲劳作用。钢筋混凝土梁的剪切疲劳破坏是一个三阶段发展过程。     

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。     

梁的疲劳开裂各向同性弯曲损伤分析

在梁的纯弯曲损伤基本假设条件下,利用疲劳损伤耦合理论,导出了梁弯曲疲劳损伤的基本方程。根据疲劳实验测得的跨中挠度随荷载循环次数的变化规律,得到梁底缘应变与循环荷载重复作用次数的关系曲线。利用梁弯曲疲劳损伤的基本方程可分别得到中性轴偏移量和有效惯性矩与循环荷载重复作用次数的关系曲线,最后可预测矩形截面梁疲劳寿命。     

落叶松胶合木梁疲劳性能试验研究

胶合木梁的疲劳极限荷载远低于静力极限荷载而易于破坏,通过落叶松胶合木梁的等幅疲劳试验及静力对比试验,分析了落叶松胶合木梁疲劳破坏形态与破坏机理,并研究了其疲劳特性,探讨了弯曲刚度退化规律。结果表明:落叶松胶合木梁的疲劳损伤从受压侧展开,受压侧塑性区高度随循环次数增加而逐渐向受拉侧扩展,最后因试件承载力降低而发生受拉破坏或顺纹剪切破坏;随着疲劳循环次数的增加,疲劳试验梁跨中挠度及拉、压应变逐渐增大,且压应变增幅大于拉应变,但其截面应变分布仍符合平截面假定;经疲劳荷载作用后,梁的弯曲刚度逐渐降低,基本呈线性退化,应力水平越高,其刚度退化越明显,并得出了不同应力水平下落叶松胶合木梁的刚度退化方程;落叶松胶合木梁的疲劳寿命随应力水平的提高而降低,在应力比为0.2,应力水平为0.55倍静力极限荷载时,疲劳极限超过200万次,满足构件有限寿命疲劳设计的要求,说明胶合木梁具有较好的疲劳特性。此外,通过对试验数据进行线性回归分析,初步得出了落叶松胶合木梁的S-N曲线数学表达式。