高性能混凝土简支梁正截面的抗弯疲劳性能

通过10根三分点加载方式下的简支梁抗弯静力和疲劳试验,研究了不同混凝土强度等级、不同钢筋类型和不同荷载水平对高性能混凝土梁正截面疲劳性能的影响。通过分析梁跨中挠度、压区混凝土应变和拉区钢筋应变以及梁裂缝的发展规律,考察了高性能混凝土梁在弯曲重复荷载作用下的疲劳损伤过程。结合高性能混凝土和钢筋的材料疲劳损伤分析,提出了高性能混凝土梁疲劳寿命方程和疲劳后梁挠度的计算公式,并将理论计算的疲劳寿命、挠度与试验结果进行了比较,最后对比分析了高性能混凝土梁与普通混凝土梁抗弯疲劳性能的差异。     

钢筋活性粉末混凝土梁的疲劳性能试验研究

通过对2根具有相同截面和配筋率的钢筋活性粉末混凝土梁的静力和等幅疲劳试验,研究了以出现概率为98.11%的桥梁应力幅值作用下,钢筋活性粉末混凝土梁裂缝、跨中挠度、受压区边缘RPC应变和钢筋应变随疲劳加载次数的变化规律.试验结果表明,采用出现概率为98.11%的桥梁应力幅值进行疲劳加载时,钢筋活性粉末混凝土梁的疲劳寿命达200万次以上.其裂缝宽度、跨中挠度、受压区边缘RPC应变以及钢筋应变均随着疲劳加载次数的增加均呈现出2阶段发展规律,且200万次疲劳加载结束时的测量值分别为0.12mm、0.438mm、1 010με和987με,远小于静载破坏时的相应值,钢筋活性粉末混凝土梁体现出较好的耐疲劳性能.     

预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳试验

对带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳性能做了初步研究.通过4根混凝土梁的疲劳试验,对比了带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁的疲劳破坏形态、疲劳寿命、挠度和应变发展等力学性能,分析了芳纶纤维布的预应力水平对试件疲劳性能的影响.试验结果表明,预应力芳纶纤维布加固的试验梁与非预应力芳纶纤维布加固的基准梁相比,其疲劳寿命提高了33%~74%;加固梁的疲劳破坏源于受拉纵筋的疲劳破坏,纤维布的疲劳性能优于钢筋的疲劳性能.在试验研究基础上,建立了预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳寿命计算公式.     

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能

为了研究钢箱-砼组合结构中PBH剪力键在反复荷载作用下的疲劳性能,设计制作了PBH剪力键试验模型,进行了24万次疲劳推出试验。在疲劳破坏形态和试验滑移及应变数据分析的基础上,利用数值工具开展肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数的PBH剪力键疲劳寿命影响因素分析。研究表明：PBH剪力键的疲劳破坏形态与静载破坏相似,表观表现为混凝土面多处斜向劈裂裂缝、内部榫孔混凝土压碎、穿入钢筋局部屈服;疲劳破坏演化过程分为疲劳损伤开始、发展、破坏3个阶段,其中疲劳发展阶段占整个疲劳阶段的91.7%,结构刚度在疲劳损伤开始和发展阶段退化较慢,在疲劳破坏阶段退化较快;肋板开孔孔径、穿入钢筋直径、混凝土强度3个参数对PBH剪力键疲劳寿命影响均有明显影响,其中穿入钢筋直径对疲劳寿命的影响尤为突出。     

基于有限元的波纹钢腹板组合箱梁疲劳损伤分析

针对波纹钢腹板组合箱梁（以下简称箱梁）的抗弯性能进行有限元分析,分析箱梁的静力位移、应力和应变结果,建立箱梁破坏损伤机理并得到应力薄弱点。同时,根据有限元分析结果,进行箱梁局部应力应变分析,得到箱梁不同水平下的疲劳寿命。最后,结合疲劳损伤和疲劳断裂理论进行箱梁的疲劳裂纹扩展行为及破坏过程和寿命预测研究,分析了正弦波疲劳荷载作用下箱梁中的钢腹板、PBL剪力连接件以及钢板翼缘等部件的疲劳裂纹萌生及寿命预测结果与试验结果吻合较好。研究表明：根据美国规范AASHTO2004中C类标准进行工程设计和疲劳寿命估算与试验符合较好,同时采用Palmgren-Miner线性累积损伤疲劳准则能有效地计算变幅疲劳载荷下箱梁的疲劳损伤及断裂破坏过程,为实际工程中箱梁疲劳性能设计提供参考。     

沥青混合料应变-寿命疲劳方程研究

在国内外研究成果基础上,提出了合理可行的沥青混合料直接拉伸疲劳试验中试件尺寸、失效判据、控制方式、加载频率和试验温度等条件.基于不同应变水平的疲劳试验结果,分析了平均应力影响,建立了沥青混合料应变—寿命疲劳方程,可作为疲劳开裂寿命预估的依据,并提出了沥青混合料疲劳开裂拉应变的阀值和极限值.利用沥青混合料直接拉伸疲劳试验得到的应变—寿命疲劳方程能更好体现沥青混合料的疲劳特征,其疲劳开裂拉应变的阀值和极限值能充分反映沥青混合料疲劳破坏的过程.     

开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁力学性能

目的研究开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁的静力力学性能和疲劳性能,为提高组合梁的疲劳性能提供依据.方法通过有限元软件ABAQUS对4组不同参数的开孔波折板连接件的静力推出试件进行数值模拟,探讨不同参数对波折板连接件抗剪承载力的影响,结合荷载-滑移曲线得出波折板连接件抗剪承载力近似公式.在静力分析的基础上,考虑波折板单位长度抗剪承载力,采用局部应力法并结合Goodman平均应力修正曲线对不同橡胶掺量的弹性混凝土组合梁进行疲劳寿命分析.结果随着橡胶掺量的增加,开孔波折板连接的弹性混凝土与钢组合梁静力承载力下降、滑移增大、疲劳寿命总体提高,其中10%橡胶掺量的组合梁的疲劳寿命约为等强度普通混凝土-钢组合梁疲劳寿命的2.1倍.结论开孔波折板连接的组合梁承载力高、整体连接性能强;混凝土板中掺入一定橡胶能有效地提高组合梁的疲劳寿命.     

预应力RPC-NC叠合梁弯曲疲劳性能试验分析

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁的弯曲疲劳性能,以中国铁路32 m跨度T型梁为原型,设计并制作了4根完全相同的缩尺模型RPC-NC叠合梁,其中1根梁进行静载试验另外3根梁进行等幅疲劳试验.对试验梁在不同疲劳加载循环下的正截面应变分布、受压区NC应变变化、裂缝发展、疲劳挠度及刚度发展的变化规律进行了分析,并将疲劳加载后未发生疲劳破坏的叠合梁、未经历疲劳加载的叠合梁以及相同结构尺寸和配筋情况下的普通混凝土梁的静力弯曲性能进行对比.结果表明:和普通混凝土适筋梁相同,RPC-NC叠合梁的疲劳破坏由非预应力纵筋疲劳断裂引起;在疲劳荷载作用下,截面应变沿截面高度始终近似呈线性分布,RPC-NC叠合梁正截面变形符合平截面假定;疲劳加载结束后,未发生破坏的RPC-NC叠合梁和疲劳加载前相比延性有所下降,但仍大于未经历疲劳加载的普通混凝土梁.根据试验结果,拟合得到试验梁与疲劳加载循环次数有关的刚度退化公式,可为RPC-NC叠合梁的设计提供一定的参考.     

聚酯纤维沥青混凝土路面的疲劳寿命计算

目的研究在沥青混凝土中加入聚酯纤维后的沥青混凝土路面的疲劳寿命．方法通过劈裂试验确定了不同温度下的聚酯纤维沥青混凝土的劲度模量，并基于损伤力学计算理论，采用平面应变有限单元法，考虑在车辆荷载和温度荷载耦合作用下对含有反射裂缝的路面体结构的疲劳寿命进行了计算．结果加入0．296的聚酯纤维沥青混凝土路面结构体的疲劳寿命提高了51％．结论在沥青混凝土中加入聚酯纤维能够增加混合料劲度模量，提高路面的疲劳寿命．     

加载频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响

以现象学法为基础,结合损伤力学原理,提出了纤维沥青混凝土疲劳破坏准则.通过不同频率、应力水平纤维沥青混凝土劈裂疲劳试验,研究了加载频率对沥青混凝土疲劳性能的影响,建立了不同频率下沥青混凝土疲劳寿命计算模型.试验研究和理论分析表明:疲劳加载频率越低,沥青混凝土疲劳寿命对应力水平的变化就越敏感,低速、重载交通是造成沥青混凝土疲劳破坏的重要原因.     

Deterioration of dynamic mechanical property of concrete with mineral admixtures under fatigue loading

The dynamic mechanical property of concrete is one of the key parameters, which greatly influences durability of infrastructures subjected to continuous heavy loading, such as girder and track slab of high-speed railway foundation structure. This paper reports serials of experiments designed to investigate the deterioration of dynamic mechanical properties of different concretes under fatigue loading condition. Four parameters including relative dynamic elastic modulus (RDEM), relative dynamic shear modulus (RDSM), relative compressive strength (RCS) and water absorption (WA) of concrete were evaluated to assess the dynamic properties and microstructures of concretes. Results show that the fatigue stress levels and fatigue cycle durations significantly influence the dynamic mechanical properties of concrete including dynamic elastic modulus and dynamic shear modulus. Addition of proper mineral admixture can improve the dynamic mechanical characteristics of concrete and increase its resistance against the fatigue loading effect. Keeping the amount of mineral admixture in concrete constant, its dynamic mechanical property with fly ash is lower than that with fly ash and silica fume. The water absorption in concrete, which is an indirect parameter reflecting capillary porosity, increases evidently after bearing fatigue-loading. There is a close correlation between the deterioration of dynamic mechanical property and the increasing of water absorption of concrete. This indicates that the damage of microstructure of concrete subjected to fatigue loading is the indispensable reason for the decay of its dynamic mechanical performance.     

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

混凝土抗压疲劳剩余强度损伤模型

目的建立混凝土抗压疲劳剩余强度随疲劳次数衰减的模型,揭示混凝土疲劳剩余强度衰减规律．方法基于连续体损伤力学理论,采用应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动来模拟疲劳过程中损伤阂值的变化情况．结果建立了累积损伤与相应循环损伤能量释放率之间的函数关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,在高周疲劳过程里损伤模量表达式中D是变量,且与剩余强度有关．利用模型编制计算机程序,绘出了不同最大应力水平下混凝土疲劳剩余抗压强度的衰减曲线．结论变量D反映出混凝土疲劳剩余衰减的特性,模型的计算结果能较好反映试验结果的变化规律．     

Experimental and theoretical research on residual strength of plain concrete under compressive fatigue loading

To investigate the residual strength of concrete under fatigue loading, experiments were conducted to determine the functional relation between residual strength and the number of cycles. 80 100mm × 100mm × 100mm specimens of plain concrete were tested under uniaxial compressive fatigue loading. Based on probabili- ty distribution of the residual strength of concrete under fatigue loading, the empirical expressions of the residual strength corresponding to the number of cycles were obtained. There is a good correlation between residual strength and residual secant elastic modulus. Thus the relationship between residual secant elastic modulus and the number of cycles is established. A damage variable based on the longitudinal maximum strain is defined, and a good linearity relationship between residual strength and damage is found out.     

Residual Tensile Strength of Plain Concrete Under Tensile Fatigue Loading

The functional relation between the residual tensile strength of plain concrete and number of cycles was determined. 99 tappered prism specimens of plain concrete were tested under uniaxial tensile fatigue loading. Based on the probability distribution of the residual tensile strength, the empirical expressions of the residual tensile strength corresponding to the number of cycles were obtained. The residual tensile strength attenuating curves can be used to predict the residual fatigue life of the specimen under variable-amplitude fatigue loading. There is a good correlation between residual tensile strength and residual secant elastic modulus. The relationship between the residual secant elastic modulus and number of cycles was also established.     

Simulation of Fatigue Stiffness Degradation in Prestressed Concrete Beams under Cyclic Loading

In order to investigate and research the fatigue cracking of prestressed concrete fatigue properties and loading and stiffness degeneration process,cyclic loading tests were carried out on six prestressed concrete beams and the stiffness degradation under fatigue was investigated. A simulation model of stiffness degradation is proposed based on the stiffness analysis of the fatigue-damaged section. The elastic modulus of damaged concrete and the effective residual area of steel were introduced as well as an adjusted three-stage concrete fatigue damage evolution model. The strip method was used to analyze concrete damage due to changing stress along the depth of the beam section. The simulation and test results were compared and a method of predicting fatigue deflection was presented based on the simulation model. The predicted results were compared with that of the neural network method. It is in good agreement for the simulation results with the test results. It is only less than 5% error for the simulation model which can reveal the two-stage degradation of prestressed concrete beams under cyclic loading. It is more precise for the simulation prediction method under proper conditions.     

矿渣聚丙烯纤维混凝土抗弯疲劳性能

为了研究聚丙烯纤维和磨细粒化高炉矿渣（GGBFS）在不同应力水平和频率下对混凝土抗弯疲劳性能的影响,将4个配比的聚丙烯纤维和5个配比的矿渣分别掺入混凝土中,当应力水平为0.49、0.59、0.69,频率为20 Hz时以及应力水平为0.59,频率为30、40、50、60 Hz时测试抗弯疲劳极限强度和疲劳寿命.研究表明：累积抗弯疲劳强度能够更准确地评价混凝土抗弯疲劳性能;聚丙烯纤维可以提高混凝土累积抗弯疲劳强度和抗疲劳寿命;矿渣及其水化物使得混凝土结构密实,改善了界面过渡区（ITZ）的结构,可以提高混凝土抗弯疲劳性能;抗弯疲劳性能随着应力水平提高而下降,S N数学模型可以用于预测20 Hz频率动疲劳荷载下的矿渣聚丙烯纤维混凝土工程寿命;在一定的应力水平下,测试频率越高,抗弯疲劳性能越差,f N数学模型可以用于预测变频率动疲劳荷载下的矿渣聚丙烯纤维混凝土工程寿命.     

橡胶颗粒水泥混凝土与基质混凝土路用性能对比分析

为改善路用水泥混凝土变形能力差、韧性小等传统缺陷,在混凝土中加入橡胶颗粒形成橡胶颗粒混凝土;对橡胶颗粒混凝土与普通混凝土的弯拉模量进行对比分析,采用有限元的方法分析两种混凝土的阻尼变化,采用三点弯曲小梁试验对两种混凝土的疲劳性能进行对比试验,采用车辙试验方法验证橡胶颗粒混凝土的抗剥蚀性能;根据试验取得的力学参数,应用AASHTO的MEPDG2002设计方法,预测两种混凝土路面在设计年限末期的路面破损状态.结果表明:橡胶颗粒水泥混凝土抗折强度下降3%,弯拉模量比普通水泥混凝土降低了12%,阻尼比提高了30%,疲劳寿命有大幅度提高,而且并没有发生表面剥蚀现象,橡胶水泥混凝土面板的断板率与普通混凝土相比降低了30%,路面的平整度好.橡胶颗粒混凝土路面能克服传统水泥路面的缺陷,具有优良的路用性能.     

混凝土三轴受压等幅疲劳力学性能试验研究

为研究混凝土在多轴疲劳应力作用下的性能,进行了0.0fc、0．1fc、0．25fc、0．4fc4个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压静载试验和0．1c、0．25fc两个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压等幅疲劳试验,疲劳试验中最小应力水平均为0．1fc,最大应力水平为1．6fc-2．5fc．根据初始定侧压下混凝土三轴压本构特征,试验中将侧压变化的拐点作为其多轴疲劳破坏的判据．试验分析表明,三轴压疲劳荷载作用下混凝土纵向最大、最小应变表现出同单轴和双轴疲劳一样的三阶段规律,而变形模量则衰减不大．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,其研究成果可为混凝土结构疲劳设计提供参考．