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(píng)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(yùn)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(shí)增大，大量的銹蝕鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)迫切需要進(jìn)行疲勞性能分析、疲勞壽命預(yù)測(cè)以及安全性和耐久性評(píng)價(jià)。為了解決上述問題，本文做了以下研究:
　　(1)進(jìn)行了鋼筋混凝土試驗(yàn)梁的外加直流通電加速銹蝕試驗(yàn)，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(jī)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(yàn)的控制技術(shù)。
　　(2)進(jìn)行了銹蝕鋼筋混凝土梁的疲勞加載試驗(yàn)，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(yàn)結(jié)果表明:所有銹蝕后的試驗(yàn)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(xiǎn)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(yàn)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(yàn)中，表現(xiàn)出較好的延性破壞特征，表明疲勞作用對(duì)未銹蝕梁的靜力性能沒有實(shí)質(zhì)影響;在疲勞反復(fù)荷載作用下，試驗(yàn)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(jì)算公式，并對(duì)公式的計(jì)算值與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)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(jì)算與評(píng)估。
　　(3)通過對(duì)經(jīng)疲勞

4、破壞后取出的梁內(nèi)主筋進(jìn)行靜力拉伸試驗(yàn)，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(yàn)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(duì)未銹蝕鋼筋的力學(xué)性能（強(qiáng)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(qiáng)度降低，極限拉應(yīng)變減小，屈服臺(tái)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(shí)的破壞形態(tài)發(fā)生改變，鋼筋的屈服強(qiáng)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(xiǎn)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(yàn)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(duì)模型的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)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(jì)算與評(píng)估。
　　(4)進(jìn)行了銹蝕鋼筋混凝土梁疲勞壽命評(píng)估的研究。介紹了疲勞荷載譜

6、的編制方法。在疲勞試驗(yàn)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(píng)估方法，闡述了具體的評(píng)估流程并給出了評(píng)估實(shí)例，可為橋梁管理者進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)護(hù)決策提供技術(shù)支持。
　　(5)進(jìn)行了橋梁評(píng)估的基本理論與方法研究。建立了主要評(píng)估指標(biāo)的分段線性無量綱標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估模型，提出了評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算方法。引入了變

7、權(quán)理論，能夠?qū)p傷嚴(yán)重的單項(xiàng)評(píng)估結(jié)果在總體評(píng)估結(jié)果中反映出來。
　　(6)以中小跨徑鋼筋混凝土梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，考慮沿海地區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)及影響，進(jìn)行了沿海地區(qū)鋼筋混凝土梁橋耐久性與安全性評(píng)估的研究。建立了鋼筋混凝土梁橋的耐久性評(píng)估體系，結(jié)合之前提出的評(píng)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(píng)估方法?；凇豆窐蛄杭夹g(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTG/T H21-2011)》中的評(píng)估體系，通過改進(jìn)規(guī)范中部分指標(biāo)的評(píng)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(píng)估方法。基于《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程(JTG/T J21-2011)》中的承載能力評(píng)定方法，改進(jìn)了部分檢算系數(shù)分項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)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(qiáng)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(píng)估方法。最后，通過不同地區(qū)三座橋梁評(píng)估結(jié)果的對(duì)比分析，證明了本文提出的評(píng)估方法的正確性和適用性，是對(duì)現(xiàn)行規(guī)范的必要補(bǔ)充和完善