沿海銹蝕鋼筋混凝土梁橋疲勞性能分析及安全性與耐久性評估.pdf

1、鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的日趨老齡化，沿海地區(qū)高氯離子含量的侵蝕環(huán)境，冬季除冰融雪氯鹽的大量使用，交通量的飛速增長，貨運超載越來越普遍，使得沿海地區(qū)混凝土中鋼筋的銹蝕程度、受拉鋼筋中的疲勞應(yīng)力幅、疲勞作用次數(shù)都將同時增大，大量的銹蝕鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)迫切需要進行疲勞性能分析、疲勞壽命預(yù)測以及安全性和耐久性評價。為了解決上述問題，本文做了以下研究:
　　(1)進行了鋼筋混凝土試驗梁的外加直流通電加速銹蝕試驗，分析了混凝土中鋼筋在自然氣候環(huán)

2、境下的銹蝕原理及通電加速銹蝕發(fā)生機理，推導(dǎo)出了通電加速銹蝕鋼筋的銹蝕率控制方程，總結(jié)出了通電加速銹蝕試驗的控制技術(shù)。
　　(2)進行了銹蝕鋼筋混凝土梁的疲勞加載試驗，研究了銹蝕鋼筋混凝土梁在疲勞反復(fù)荷載作用下的破壞形態(tài)、疲勞壽命、裂縫、混凝土應(yīng)變、跨中撓度的變化情況。試驗結(jié)果表明:所有銹蝕后的試驗梁在循環(huán)加載到一定次數(shù)后，均發(fā)生脆性疲勞破壞，具有突然性、危險性，且銹蝕率越大疲勞壽命越短，銹蝕的發(fā)生大幅降低了鋼筋混凝土梁的疲勞壽命;

3、未銹蝕的試驗梁在循環(huán)200萬次后不發(fā)生疲勞破壞，并在靜載破壞試驗中，表現(xiàn)出較好的延性破壞特征，表明疲勞作用對未銹蝕梁的靜力性能沒有實質(zhì)影響;在疲勞反復(fù)荷載作用下，試驗梁截面抗彎剛度隨循環(huán)次數(shù)的變化具有明顯的兩階段特征，即緩慢減小并趨于穩(wěn)定。提出了銹蝕鋼筋混凝土梁在疲勞反復(fù)荷載作用下剛度的修正計算公式，并對公式的計算值與試驗實測值進行了對比驗證，可用于長期車輛活載作用下銹蝕鋼筋混凝土梁橋撓度變形的計算與評估。
　　(3)通過對經(jīng)疲勞

4、破壞后取出的梁內(nèi)主筋進行靜力拉伸試驗，研究了銹蝕疲勞后混凝土中鋼筋的力學(xué)性能變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:疲勞循環(huán)加載200萬次后，未銹蝕鋼筋與原狀鋼筋一樣，表現(xiàn)出較好的延性破壞特征，表明疲勞作用對未銹蝕鋼筋的力學(xué)性能（強度、延性）沒有明顯影響;鋼筋銹蝕疲勞后應(yīng)力—應(yīng)變曲線的特征發(fā)生了明顯的改變，屈服強度降低，極限拉應(yīng)變減小，屈服臺階特征改變，材料特性由軟鋼轉(zhuǎn)化為表現(xiàn)出一定程度的硬化特征，變化程度的大小與銹蝕疲勞的程度有關(guān);疲勞裂紋的出現(xiàn)使得

5、鋼筋在靜力拉斷時的破壞形態(tài)發(fā)生改變，鋼筋的屈服強度顯著降低，在極低的延伸率下即突然拉斷，延性幾乎完全喪失，具有脆性破壞的危險性。銹蝕疲勞后鋼筋的本構(gòu)關(guān)系隨之發(fā)生改變，結(jié)合試驗得到的銹蝕疲勞鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，定量化地提出了銹蝕疲勞后混凝土中鋼筋的本構(gòu)關(guān)系模型，并對模型的計算值與實測值進行了對比驗證，可用于銹蝕鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在長期車輛活載作用下的計算與評估。
　　(4)進行了銹蝕鋼筋混凝土梁疲勞壽命評估的研究。介紹了疲勞荷載譜

6、的編制方法。在疲勞試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，引入銹蝕作用修正系數(shù)，擬合出了銹蝕鋼筋混凝土梁的S-N曲線方程。基于本文提出的銹蝕鋼筋混凝土梁S-N曲線及Miner疲勞累積損傷準(zhǔn)則，提出了銹蝕鋼筋混凝土梁橋的疲勞壽命評估方法，闡述了具體的評估流程并給出了評估實例，可為橋梁管理者進行科學(xué)的養(yǎng)護決策提供技術(shù)支持。
　　(5)進行了橋梁評估的基本理論與方法研究。建立了主要評估指標(biāo)的分段線性無量綱標(biāo)準(zhǔn)化評估模型，提出了評估指標(biāo)的權(quán)重計算方法。引入了變

7、權(quán)理論，能夠?qū)p傷嚴(yán)重的單項評估結(jié)果在總體評估結(jié)果中反映出來。
　　(6)以中小跨徑鋼筋混凝土梁橋為研究對象，考慮沿海地區(qū)環(huán)境的特點及影響，進行了沿海地區(qū)鋼筋混凝土梁橋耐久性與安全性評估的研究。建立了鋼筋混凝土梁橋的耐久性評估體系，結(jié)合之前提出的評估方法，提出了適用于沿海地區(qū)的鋼筋混凝土梁橋耐久性評估方法?；凇豆窐蛄杭夹g(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)(JTG/T H21-2011)》中的評估體系，通過改進規(guī)范中部分指標(biāo)的評定標(biāo)準(zhǔn)，并將常權(quán)替換為

8、變權(quán)，提出了適用于沿海地區(qū)的鋼筋混凝土梁橋技術(shù)狀況評估方法。基于《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程(JTG/T J21-2011)》中的承載能力評定方法，改進了部分檢算系數(shù)分項指標(biāo)的評定標(biāo)準(zhǔn)，將規(guī)范中定性描述的鋼筋截面折減系數(shù)定量化，并引入考慮銹蝕疲勞作用的鋼筋強度折減系數(shù)，提出了適用于沿海地區(qū)的鋼筋混凝土梁橋安全性評估方法。最后，通過不同地區(qū)三座橋梁評估結(jié)果的對比分析，證明了本文提出的評估方法的正確性和適用性，是對現(xiàn)行規(guī)范的必要補充和完善