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1、部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是橋梁工程中最常用的一種結(jié)構(gòu)形式。目前,通常認(rèn)為承受疲勞荷載作用的部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),會(huì)發(fā)生始于非預(yù)應(yīng)力鋼筋疲勞斷裂的破壞模式。但實(shí)際上在腐蝕環(huán)境中承受疲勞荷載的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁產(chǎn)生疲勞荷載裂縫后,鋼絞線會(huì)在預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)空洞、水分及氯離子等因素作用下發(fā)生銹蝕,從而引起承受疲勞荷載的結(jié)構(gòu)發(fā)生始于鋼絞線斷裂的疲勞破壞模式。因此,本文結(jié)合國(guó)家科技部的高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目“基于疲勞和壽命的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”(
2、2007AA11Z133),對(duì)在疲勞荷載循環(huán)一定次數(shù)后鋼絞線發(fā)生銹蝕的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁疲勞性能相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行了研究與分析,論文主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
(1)開(kāi)展了受壓混凝土抗氯離子擴(kuò)散性能的試驗(yàn)研究,從微觀角度出發(fā)提出了采用混凝土受壓應(yīng)變建立表征荷載作用下試件內(nèi)部微裂縫開(kāi)展情況的估算指標(biāo)—?dú)堄啾攘芽p面積,分析了受壓混凝土試件受力性能與抗氯離子擴(kuò)散性能的關(guān)系。結(jié)果表明:壓力荷載作用下混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與殘余比裂縫面積基本
3、滿足線性關(guān)系;與普通混凝土試件相比,高強(qiáng)混凝土試件的殘余比裂縫面積對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響更明顯。
(2)對(duì)實(shí)際工程中鋼絞線受腐蝕的部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的疲勞破壞問(wèn)題進(jìn)行了模擬:在疲勞荷載循環(huán)作用一定次數(shù)后,部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁中產(chǎn)生疲勞裂縫,在對(duì)鋼絞線進(jìn)行人工加速腐蝕后再進(jìn)行梁的疲勞性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示:當(dāng)鋼絞線發(fā)生腐蝕后,繼續(xù)承受疲勞荷載作用的部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的破壞均起源于腐蝕鋼絞線的疲勞斷裂;鋼絞線的腐蝕率嚴(yán)重影響
4、試驗(yàn)梁的主裂縫寬度和疲勞壽命,對(duì)試驗(yàn)梁的跨中撓度影響相對(duì)較小。
(3)考慮鋼絞線不均勻腐蝕影響的疲勞強(qiáng)度折減系數(shù),對(duì)梁疲勞破壞控制截面進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí),計(jì)入應(yīng)力重分布及鋼筋殘余應(yīng)力的影響,采用分段線性的方法并通過(guò)分別表征鋼筋和混凝土疲勞損傷的鋼筋有效面積與彎曲受壓彈性模量對(duì)材料疲勞特性進(jìn)行修正完成梁的疲勞損傷全過(guò)程進(jìn)行非線性分析,提出了預(yù)測(cè)鋼絞線受腐蝕的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁疲勞壽命的計(jì)算方法。結(jié)果表明:承受高周疲勞荷載的試驗(yàn)梁截面
5、應(yīng)力水平較低,材料均未進(jìn)入塑性變形階段,截面抗彎剛度降低并不明顯,梁的中性軸位置基本不變;通過(guò)非線性分析法計(jì)算得到的鋼筋和鋼絞線應(yīng)力值與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好;引入了鋼絞線腐蝕影響的材料疲勞強(qiáng)度折減系數(shù)后,試驗(yàn)梁的疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差很小。
(4)采用ANSYS軟件對(duì)鋼絞線受腐蝕的部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁進(jìn)行靜力有限元分析,并在此基礎(chǔ)上,采用FE-SAFE軟件對(duì)梁進(jìn)行了疲勞數(shù)值模擬,預(yù)測(cè)梁的疲勞壽命。結(jié)果表明:考慮鋼絞線腐蝕
6、影響的疲勞強(qiáng)度折減系數(shù)的疲勞壽命有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了有限元軟件對(duì)梁疲勞分析的可行性及有效性。
(5)基于疲勞累積損傷模型,考慮材料疲勞強(qiáng)度和臨界損傷的隨機(jī)性,對(duì)試驗(yàn)梁的可靠度進(jìn)行計(jì)算;在此基礎(chǔ)上,考慮疲勞荷載和材料性能的隨機(jī)性和時(shí)變性,對(duì)實(shí)際工程中鋼絞線受腐蝕的部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁進(jìn)行時(shí)變可靠度分析。結(jié)果表明:鋼絞線銹蝕后,梁的疲勞可靠度會(huì)迅速發(fā)生衰減,在橋梁的使用過(guò)程中必須盡量避免鋼絞線發(fā)生腐蝕,在服役
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