公路鋼筋混凝土簡支梁橋疲勞試驗與剩余壽命預測方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土梁橋在公路工程中應用非常普遍。隨著服役時間的增長，在車輛荷載作用和環(huán)境侵襲下，鋼筋混凝土梁橋的承載力會逐步衰減，而交通對承載力的需求卻逐步上升，使得很多橋梁在還沒到設計基準期時就會失效破壞。為了確保橋梁的運營安全，為橋梁加固、限載或拆除重建提供技術依據(jù)，對橋梁進行剩余壽命評估非常重要。本文通過多年交通調查及實驗竄疲勞試驗，對鋼筋混凝土梁橋剩余壽命進行了理論和試驗研究，具體內(nèi)容如下：
　　 (1)基于貴新公路交通、車重調

2、查資料，等效換算出各簡化車型的等效軸重、軸距、車輛總重及各類車占車輛總數(shù)百分比，擬合出各種車型的總重概率密度函數(shù)，建立了公路鋼筋混凝土梁橋疲勞荷載車輛模型。運用蒙特卡羅法對車輛荷載抽樣得到作用于梁橋跨中截面的彎矩幅歷程，采用雨流計數(shù)法得到應力幅計數(shù)及不同彎矩幅的分布頻數(shù)，擬合出彎矩幅雙指數(shù)分布函數(shù)，得到疲勞分析及試驗用彎矩幅。建立了交通量增長灰色馬爾科夫隨機過程預測模型，用于預測未來年份交通量發(fā)展；擬合出所有車輛總重分布的雙指數(shù)概率密度

3、函數(shù)；建立了計算任意年份通過橋梁的某一車輛荷載總重范圍內(nèi)車輛數(shù)的車輛荷載隨機過程模型，采用該模型對貴新公路交通量及車重進行了預測。
　　 (2)對5根空心板梁和5根T梁進行等幅疲勞試驗，得到等幅疲勞的裂縫、撓度、應變發(fā)展規(guī)律及疲勞壽命、破壞形態(tài)與特征、S-N曲線。完成了4根高-低應力幅、低-高應力幅疲勞試驗。根據(jù)公路橋梁疲勞荷載譜編制了實驗室疲勞試驗用的隨機疲勞加載彎矩幅，完成2根梁的隨機加載疲勞試驗。分析了應力幅值、加載上限、

4、截面型式、加載方式等對疲勞試驗的影響?；贛iner準則和Corten-Dolan準則，推導出多級變幅荷載或隨機荷載的等效等幅疲勞應力幅值計算公式及用于疲勞驗算或疲勞壽命評估的方法，采用該公式預測了茅草沖大橋引橋的疲勞壽命。
　　 (3)基于剛度和承載力的退化是疲勞損傷的外在表現(xiàn)且存在唯一對應關聯(lián)的假設，建立了橋梁承載力退化-剛度退化關聯(lián)模型。以橋梁受荷時的撓度曲線方程反算剛度，揭示了鋼筋混凝土梁在疲勞試驗進程中剛度退化的三階段

5、線性規(guī)律，并建立了鋼筋混凝土梁的剛度退化計算公式。利用該關聯(lián)模型預測了某預制鋼筋混凝土T梁橋的承載力。
　　 (4)基于熱力學基本原理證實了可采用應變能來衡量梁在疲勞損傷過程中的能量耗散情況，將耗散能密度定義為每一循環(huán)中消耗的不可逆塑性功。測試了5根T梁的耗散能密度，發(fā)現(xiàn)疲勞試驗中耗散能密度具有很明顯的三階段規(guī)律。對各試驗梁的耗散能密度發(fā)展進行分段直線擬合，建立了耗散能密度和荷載幅與線剛度比之間的非線性方程及疲勞壽命與疲勞穩(wěn)定階