疲勞荷載作用后鋼筋混凝土梁剩余承載力研究.pdf

1、鋼筋混凝土梁在循環(huán)荷載作用下可能會(huì)在低于材料屈服強(qiáng)度或者低于材料極限強(qiáng)度條件下產(chǎn)生疲勞失效破壞，或雖沒(méi)有發(fā)生疲勞失效破壞，但是最終會(huì)因材料疲勞剩余強(qiáng)度比初始強(qiáng)度低而造成橋梁結(jié)構(gòu)極限承載力的下降，造成重大安全隱患。因此，循環(huán)荷載作用下鋼筋混凝土梁的剩余承載力研究有著重要現(xiàn)實(shí)意義與社會(huì)價(jià)值。通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究疲勞后鋼筋混凝土梁的剩余承載力需制作大批構(gòu)件，耗費(fèi)大量人財(cái)成本，易受實(shí)驗(yàn)條件限制，且得到數(shù)據(jù)非常有限，更重要的是實(shí)際工程中不可能取實(shí)驗(yàn)室

2、破壞得到的退化承載力。為數(shù)不多的針對(duì)疲勞荷載作用后剩余承載力的研究焦點(diǎn)集中在了最終的破壞形式和最終具有的剩余承載力上，對(duì)疲勞中途剩余承載力的計(jì)算及退化規(guī)律的探索鮮有研究。因此，在鋼筋混凝土梁疲勞性能的分析方面不僅沒(méi)有形成較為全面的理論，更難以為結(jié)構(gòu)的提前安全預(yù)警提供有效的理論支持。研究表明，承受疲勞荷載作用的鋼筋混凝土梁其可靠性與疲勞累積損傷的實(shí)際狀態(tài)有關(guān)，但目前進(jìn)行鋼筋混凝土梁的安全評(píng)估與剩余承載力計(jì)算時(shí)主要考慮環(huán)境等其它條件的不利影

3、響，而因循環(huán)荷載作用引起的損傷在橋梁結(jié)構(gòu)分析時(shí)多被忽略了，更沒(méi)有形成較完整且簡(jiǎn)單易操作便于運(yùn)用到實(shí)際工程計(jì)算中的方法，從而無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)層次的計(jì)算分析要求。鑒于此，針對(duì)以上問(wèn)題本文對(duì)等幅疲勞作用后的鋼筋混凝土梁從剩余承載力計(jì)算模式、剩余承載力退化規(guī)律、疲勞損傷失效的數(shù)值計(jì)算方法以及疲勞后剩余承載力實(shí)驗(yàn)四個(gè)方面進(jìn)行了探索。論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)基于材料強(qiáng)度疲勞耗散的剩余承載力計(jì)算研究
　　首先，從混凝土與鋼筋剩

4、余強(qiáng)度衰減的整體過(guò)程出發(fā)，建立了經(jīng)過(guò)任意次疲勞循環(huán)后的強(qiáng)度包絡(luò)線方程，并以此計(jì)算材料剩余強(qiáng)度。然后，將靜載與疲勞下鋼筋混凝土梁抗彎承載力計(jì)算理論融合，通過(guò)修正靜載下抗彎承載力計(jì)算假定、公式中縱向受拉鋼筋屈服強(qiáng)度與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，建立了基于材料強(qiáng)度疲勞耗散的鋼筋混凝土梁剩余承載力計(jì)算模式，通過(guò)這一模式可計(jì)算任意疲勞后鋼筋混凝土梁的剩余承載力。
　　(2)疲勞荷載作用后鋼筋混凝土梁剩余承載力退化研究
　　基于混凝土由割線模量

5、定義的損傷與混凝土殘余應(yīng)變?yōu)榫€性的關(guān)系假定，以殘余應(yīng)變定義了損傷變量，結(jié)合鋼筋混凝土梁的彎曲理論，推導(dǎo)了梁疲勞后的剩余抗彎承載力表達(dá)式;基于有效慣性矩理論，通過(guò)引入剛度折減系數(shù)，建立了鋼筋混凝土梁考慮裂縫的短期剛度計(jì)算方法，并將其作為梁的疲勞初始剛度，通過(guò)選擇退化函數(shù)來(lái)研究梁疲勞剛度退化規(guī)律。最后通過(guò)剛度退化規(guī)律并結(jié)合剩余剛度和剩余承載力之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系建立了鋼筋混凝土梁基于剛度退化的承載力退化模型。通過(guò)這一模型可以在已知?jiǎng)偠韧嘶?guī)律

6、基礎(chǔ)上至少通過(guò)一個(gè)剩余承載力破壞試驗(yàn)點(diǎn)來(lái)預(yù)測(cè)鋼筋混凝土梁承載力退化規(guī)律。
　　(3)疲勞荷載作用后鋼筋混凝土梁失效過(guò)程簡(jiǎn)化分析
　　基于等幅疲勞荷載作用下鋼筋與混凝土疲勞應(yīng)變、疲勞剩余強(qiáng)度與疲勞剛度退化規(guī)律，在兩種材料單軸本構(gòu)關(guān)系基礎(chǔ)上建立了考慮材料疲勞應(yīng)變、疲勞剩余強(qiáng)度與疲勞剛度的疲勞本構(gòu)關(guān)系。結(jié)合材料與結(jié)構(gòu)兩個(gè)層次的失效依據(jù)提出了可簡(jiǎn)化計(jì)算次數(shù)的鋼筋混凝土梁損傷失效過(guò)程的簡(jiǎn)化分析方法。算例表明，提出的簡(jiǎn)化方法總體可行，但

7、計(jì)算精度還需進(jìn)一步提高。
　　(4)鋼筋混凝土梁疲勞后剩余承載力的實(shí)驗(yàn)研究
　　在現(xiàn)場(chǎng)澆筑了5片鋼筋混凝土梁進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并獲得了梁在特定疲勞次數(shù)后的疲勞應(yīng)變、撓度、裂縫等信息，對(duì)其中1片梁進(jìn)行了疲勞中途靜載破壞試驗(yàn)，得到了相應(yīng)的剩余承載力。將開(kāi)裂與極限荷載試驗(yàn)值與理論值進(jìn)行了對(duì)比;將實(shí)驗(yàn)的剩余承載力與基于材料強(qiáng)度疲勞耗散的承載力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較;將基于疲勞剛度退化的承載力退化模型進(jìn)行了驗(yàn)證，探索了