預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在凍融條件下疲勞損傷機(jī)理的研究.pdf

1、現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是我國土木、水利和交通工程中應(yīng)用最為廣泛和最具潛力的一種結(jié)構(gòu)。在長期侵蝕環(huán)境作用下，該結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)內(nèi)部損傷甚至承載性能退化等耐久性問題。工程中一些預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，如鐵路橋梁和公路橋梁、吊車梁、海洋平臺等，除了承受靜載作用外，還要經(jīng)常承受重復(fù)循環(huán)荷載等的作用。隨著這些承受重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)以及高強(qiáng)混凝土、高強(qiáng)度鋼筋的廣泛應(yīng)用，許多結(jié)構(gòu)處在高應(yīng)力幅狀態(tài)下工作，使得預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞成為一個不可忽視的問題。由于國內(nèi)外的

2、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用歷史尚短，系統(tǒng)的抗凍性研究較少，對于凍融侵蝕環(huán)境作用下的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能研究就更少見了。因此研究預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在凍融侵蝕環(huán)境作用下的疲勞性能，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。 本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目，在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計制作了普通混凝土梁及兩種不同預(yù)應(yīng)力水平下的預(yù)應(yīng)力混凝土梁，通過試驗來研究分析凍融循環(huán)次數(shù)和張拉預(yù)應(yīng)力對預(yù)應(yīng)力混凝土梁構(gòu)件疲勞性能的影響，具體工作如下： 1、

3、選取了預(yù)應(yīng)力混凝土框架中常用的單側(cè)配置預(yù)應(yīng)力筋的混凝土梁作為研究對象，設(shè)計制作了普通混凝土梁及兩種不同張拉預(yù)應(yīng)力水平下的15根預(yù)應(yīng)力混凝土梁構(gòu)件，在構(gòu)件進(jìn)行有限次凍融循環(huán)后進(jìn)行疲勞試驗； 2、通過試驗分析研究了不同預(yù)應(yīng)力水平下混凝土構(gòu)件在經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)后，在重復(fù)荷載作用下構(gòu)件的損傷機(jī)理； 3、結(jié)合國內(nèi)外對混凝土抗凍性能的一系列研究為基礎(chǔ)，通過對相對動彈性模量變化的分析，探討施加預(yù)應(yīng)力對混凝土本身抗凍融性能的影響；

4、 4、研究預(yù)應(yīng)力混凝土梁在凍融侵蝕作用后的疲勞性能，通過對梁相對動彈模下降和受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變變化的對比分析，探討了預(yù)應(yīng)力水平和凍融循環(huán)次數(shù)對混凝土梁疲勞性能的影響。 研究結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力水平和凍融循環(huán)次數(shù)對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能影響均比較明顯。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能呈明顯的下降趨勢。預(yù)應(yīng)力水平高的梁在相同凍融循環(huán)次數(shù)下相對動彈性模量大，這表明預(yù)應(yīng)力的存在對混凝土結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的提高是有顯著作用

5、的； 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在疲勞循環(huán)過程中的相對動彈性模量的衰減可以較好的反映結(jié)構(gòu)損傷的劣化程度。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)疲勞過程中的相對動彈性模量衰減呈兩階段的變化，第二個階段約占整個試驗壽命的90％左右，這個階段相對動彈性模量隨疲勞循環(huán)次數(shù)變化存在線性關(guān)系。文中利用試驗測得相對動彈性模量的衰減來定義損傷變量，提出一種通過少量的疲勞試驗來確定相對動彈性模量的衰減速度，從而預(yù)測梁的疲勞壽命的新方法；混凝土結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷一定凍融循環(huán)次數(shù)后，等效于

6、先進(jìn)行了一級疲勞加載，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成了初始的損傷。因此，混凝土結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)條件下的疲勞損傷就可以等效為混凝土結(jié)構(gòu)在兩級疲勞加載下的損傷。本文利用混凝土兩級加載疲勞理論，研究了凍融循環(huán)作用下的疲勞累積損傷規(guī)律，引入凍融損傷因子kn來表征凍融損傷的影響，利用試驗測得的相對動彈性模量的衰減來定義損傷變量，建立了相應(yīng)的損傷模型。 本文的研究成果為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理和改進(jìn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計等方面的研究提供了科學(xué)的依據(jù)