考虑耐久性损伤的钢筋混凝土梁疲劳寿命试验研究

为研究主筋锈蚀、混凝土碳化等耐久性损伤后钢筋混凝土梁的疲劳性能,对1根钢筋未锈蚀静载对比梁、1根钢筋未锈蚀疲劳加载对比梁、4根钢筋锈蚀疲劳加载试验梁和4根混凝土碳化钢筋锈蚀疲劳加载试验梁进行了试验。试验梁钢筋平均锈蚀率均按6%、8%、10%、12%设计。结果表明:随着试验梁受力主筋锈蚀率增加,试验梁疲劳寿命显著降低,破坏形态由纵筋疲劳断裂演变为受压区混凝土沿梁纵向锈胀开裂,疲劳荷载作用后受压区出现纵、横、竖3个方向裂缝贯通混凝土崩裂并最终受压失效。试验梁最大跨中挠度随着锈蚀率的增加和疲劳加载次数的增加逐渐增大,试件梁抗弯刚度显著劣化。通过理论分析和试验结果拟合,提出以分段线性函数描述试验梁疲劳寿命与锈蚀率之间的关系,即以临界锈蚀率为界建立基于不同钢筋锈蚀率的锈损钢筋混凝土梁分段线性疲劳寿命预测模型。     

加速锈蚀钢筋的疲劳试验研究

采用外加电流加速锈蚀方法获取锈蚀钢筋并进行轴向拉伸疲劳试验,研究锈蚀钢筋的疲劳寿命退化规律。对7根未锈蚀钢筋试件和34根加速锈蚀钢筋试件进行轴向拉伸疲劳试验研究,分析应力幅值与平均截面锈蚀率对钢筋疲劳寿命的影响。钢筋试件近似按平均截面锈蚀率分为0、5%、10%、15%和20%等5组。研究结果表明:锈蚀后钢筋疲劳寿命显著降低,但不同锈蚀程度钢筋试件的应力幅值与疲劳寿命之间均呈对数线性关系;与未锈蚀钢筋试件相比,平均截面锈蚀率为5%、10%、15%和20%的钢筋试件疲劳寿命分别下降了70%、80%、90%和95%;锈后钢筋试件的疲劳寿命近似按指数规律衰减。     

疲劳荷载后重载铁路桥梁剩余静载承载力试验研究

基于应变和振幅的疲劳试验实时测试系统,通过10片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳后静载破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随反复荷载次数的变化规律。研究表明:重载铁路32m预应力混凝土梁疲劳后剩余静载承载力演变呈现"Z"字形三折线的3个阶段,即基本不变阶段、直线下降阶段和压弯失稳破坏阶段。第一阶段,疲劳后试件静载破坏形态与普通静载破坏形态相同,试件静载承载力基本保持不变;第二阶段,试件静载承载力直线下降,直至压弯失稳破坏,最终梁的剩余静载承载力降至原有承载力的50%~60%,主要由预应力筋提供。与普通静载破坏试验相比,疲劳后静载破坏试验不同的地方主要表现在混凝土、梁底普通钢筋和预应力筋等材料的应力-应变本构关系上,受压区混凝土残余应变不断增加,变形模量降低了20%~30%,普通钢筋和预应力筋残余应变也明显增加,但弹性模量和屈服强度(预应力筋极限强度)基本不变。     

钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验研究

对6根大比例钢筋混凝土空心梁进行静载和疲劳性能试验研究,每根梁取不同荷载幅度,研究不同疲劳次数下梁受压区混凝土和受拉区的钢筋的应变、梁的跨中挠度以及裂缝发展情况,得到不同的疲劳荷载应力幅作用下钢筋混凝土空心梁的疲劳寿命;根据试验结果拟合得到钢筋混凝土空心梁疲劳荷载作用下的S-N曲线,为由钢筋混凝土空心梁构成的桥梁结构寿命预测提供依据。对钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后的钢筋进行静力学性能试验研究,了解钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后钢筋力学性能的退化情况。     

高速列车荷载作用下粗粒土填料振动变形特性分析

路基振动变形影响列车运行安全与舒适性,开展高速列车荷载作用下粗粒土填料振动变形特性的研究具有重要意义。利用MTS加载系统和自制模型箱,构建室内粗粒土填料单元模型试验系统,模拟列车的动载作用,对粗粒土填料开展5万次循环加载试验,获得振动变形与加载次数的关系曲线,探讨动应力幅值、加载频率对振动变形的影响。结果表明,在动应力幅值为25～200 kPa、加载频率为2～8 Hz的循环荷载作用下,粗粒土填料的初始振动应变为0.001 0～0.003 8,5万次加载后稳定振动应变为0.000 8～0.002 0;振动应变与加载次数呈负幂函数关系,且随动应力幅值、加载频率的增加而增大。根据试验结果建立路基基床振动变形分析模型,验证模型的合理性。研究结果可为高速铁路粗粒土路基的振动状态评价提供参考依据。     

主筋锈蚀对钢筋混凝土梁承载特性的影响

基于适当的钢筋、混凝土本构关系以及锈蚀钢筋和混凝土的黏结滑移模型,建立有限元模型,对5根不同主筋锈蚀率的钢筋混凝土梁进行承载特性分析。获得了梁中点处的荷载-挠度关系,受力筋的应变分布以及钢筋与混凝土之间的滑移分布。研究结果表明：随着受力筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土梁的极限承载力降低,延性下降,受力筋的最大拉应变和伸长量逐渐增加,钢筋和混凝土之间的滑移量也大幅增加。     

两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析

以我国目前普通铁路既有线上32 m跨度全预应力混凝土简支T梁为工程背景,通过12片1/6预应力混凝土模型梁非腐蚀环境和腐蚀环境下疲劳试验,对预应力混凝土梁疲劳破坏形态进行研究,对其破坏机理进行分析,结果表明非腐蚀环境下,恒、活载跨中弯矩在0.45Mu时为配筋合适的预应力混凝土梁疲劳破坏时的临界荷载点(Mu为跨中静载极限弯矩,临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过该临界点后,需要适时加固;腐蚀环境下,梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),疲劳损伤程度随锈蚀率增大而增大,锈蚀率越大疲劳寿命越短;锈蚀率7%为腐蚀疲劳破坏的临界点(临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过腐蚀临界点以后,需要对预应力混凝土梁进行加固。两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析结果表明,预应力混凝土梁中非预应力筋虽然对静载承载力贡献不大,但是对疲劳抗裂作用明显,设计中应保证非预应力钢筋配置充足,包括充足的细密的箍筋、侧面纵向补充钢筋和梁底纵向抗裂钢筋、锚下螺旋钢筋等非预应力筋,以便分散裂缝宽度,提高疲劳破坏时的延性。     

大风地区高速铁路挡风立柱破坏性试验研究

为研究大风地区高速铁路挡风立柱破坏情况,在现场用混凝土浇筑1∶1挡风立柱模型,并对其进行静力加载试验。对挡风立柱裂缝发展规律、混凝土应力、钢筋应力、承载力等基本受力性能展开研究。试验结果表明:挡风立柱在破坏时,其钢筋的破坏过程符合平截面假定,在其他条件一定时,立柱的D1增大时,立柱承受的破坏荷载增大,即在配筋率一定时,立柱承受的最大破坏荷载随立柱D1的增加而增大,该研究成果也可为此类挡风立柱的设计与维护提供参考。     

高速铁路大风地区挡风结构破坏性试验研究

为研究由挡风立柱和挡风板组成的挡风结构在大风作用下的破坏情况,在现场用混凝土浇筑1∶1挡风结构模型,并对其进行静力加载试验,进而对挡风结构的裂缝发展规律和混凝土应力、钢筋应力、承载力等基本受力性能展开研究。试验结果表明,最大破坏荷载随挡风立柱高度的增加而减小,挡风立柱高度为3.5 m时承受的破坏荷载最大;长厚比越大挡风板所承受的最大破坏荷载越大,挡风板厚度为0.15 m时承受的破坏荷载最大;选用立柱高3.5 m、挡风板厚0.15 m的组合结构满足使用与安全要求,有较大的安全储备。     

钢管混凝土双块式轨枕无砟轨道结构疲劳性能试验研究

新型钢管混凝土(CFT)双块式轨枕克服了桁架钢筋双块式轨枕存在的生产制造复杂、存放易锈蚀、运营阶段易开裂等问题,可广泛应用于高速铁路和城市轨道交通无砟轨道结构。为检验CFT双块式轨枕无砟轨道结构的疲劳性能,采用11根预制CFT双块式轨枕现浇制作足尺无砟轨道结构节段模型,开展橡胶隔振垫式减振轨道和现浇整体式轨道节段的疲劳试验,揭示其疲劳损伤特性,分析典型疲劳加载循环次数后静载作用下轨道结构应变和变形分布及其演化规律。研究结果表明：1.5倍静轴重的疲劳荷载累计作用500万次后,减振节段及整浇节段CFT双块式轨枕无砟轨道结构混凝土均未出现肉眼可见的裂缝,轨枕与现浇道床整体工作性能良好,疲劳性能满足规范要求;停机开展静载试验过程中轨道结构各测点混凝土横向应变值随荷载增大而近似线性增大,最大拉压应变值均远小于混凝土的极限应变值,工作状态良好;轨道整浇节段道床板中处于整体受拉的状态,可见设置层间连接钢筋实现了道床与底座的共同工作;疲劳试验过程中轨道结构测点竖向位移值总体随着静载的增大而逐渐增大,位移量级较小,满足规范要求,减振轨道节段竖向位移值及其变化率大于整浇轨道节段。研究结果可供类似研究及钢管...     

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

为分析腐蚀环境对钢筋混凝土构件黏结性能的影响,对6根无端部锚固的钢筋混凝土梁试件进行三分点加载黏结试验研究,其中1根为对比试件,其余5根均经过氯盐溶液浸泡腐蚀。分析试验结果发现:混凝土锈胀裂缝沿受拉钢筋布置位置分布,锈胀裂缝宽度随着钢筋锈蚀程度的增加而增大;加载过程中,随着荷载的增加,钢筋与混凝土产生相对滑移,二者不再满足变形协调;混凝土裂缝发展规律表现为由跨中向两端支座延伸,由混凝土梁底向顶部发展;随着荷载的继续增加,支座上方出现沿钢筋方向的黏结撕裂裂缝,最终发生黏结脆性破坏;试验梁极限承载能力随着锈蚀率的增加总体呈下降趋势,但在锈蚀率小于3%时,极限承载能力有微小提高。     

混合梁斜拉桥钢-混结合段剪力连接件群力学性能研究

为研究钢-混结合段剪力连接件群的力学性能,根据原桥结合段中典型钢格室设计制作剪力钉和PBL剪力键群足尺试验模型,按照应力等效原则对试验模型进行静力及疲劳加载。试验结果表明:在设计荷载作用下,两种剪力键的应力与应变仍为线性关系;由于群钉效应,靠近施荷端前五排的剪力钉群应力水平较高,PBL剪力键和其余部分剪力钉应力水平较低;疲劳验证和破坏试验后PBL剪力连接件应力水平增大但仍处于弹性受力阶段,靠近施荷端(端部)受力较大的剪力钉已进入塑性受力状态,剪力钉群刚度降低,PBL剪力键传递荷载比例有一定增加;该桥结合段剪力连接件设计安全可靠,可为今后结合段连接键群在实际工程的应用提供参考。     

无粘结预应力钢绞线锈蚀后力学性能研究

随着预应力混凝土结构的广泛应用,其耐久性问题已经成为普遍关注的研究课题.钢绞线作为无粘结预应力结构的关键材料,研究其锈蚀引起的耐久性问题具有较强的现实意义.本文采用钢绞线加速锈蚀试验,研究无粘结预应力钢绞线锈蚀后的力学性能,分析不同锈蚀程度对钢绞线的名义极限强度、名义屈服强度、名义弹性模量、伸长率的影响,建立锈蚀率与钢绞线名义极限强度、名义屈服强度,名义弹性模量和伸长率之间关系的数学表达式,提出锈蚀钢绞线的应力-应变本构关系.对比普通钢筋锈蚀后的力学性能,研究表明:钢绞线与普通钢筋相比,对锈蚀更为敏感.本文建议在无粘结预应力混凝土结构中更应该关注钢绞线的锈蚀问题.     

长期荷载作用下锈蚀栓钉连接件卸载后静力试验研究

通过8个标准连接件的推出试验,研究长期荷载卸载后锈蚀栓钉连接件的静力性能,了解长期荷载与栓钉锈蚀对连接件抗剪承载力、荷载-滑移曲线及变形能力的影响。试验结果表明:推出试验中,栓钉经历了先受压再受拉最后剪断3个受力阶段,栓钉受压处混凝土应变远远高于周边混凝土,随着荷载的增加,连接件刚度处在一个加速退化的状态;腐蚀与荷载存在耦合作用,对于栓钉受拉侧,腐蚀与荷载耦合加速栓钉锈蚀,对于栓钉受压侧,腐蚀与荷载耦合抑制栓钉锈蚀;长期荷载加速初始滑移的发展,但对试件最终滑移量及承载力影响不大,栓钉锈蚀降低试件刚度,加大滑移发展速率,降低极限承载力,对最终滑移量影响显著。最后,通过参数拟合方法建立锈蚀栓钉连接件抗剪承载力及荷载-滑移曲线计算公式,拟合结果表明,计算公式能够较准确地计算锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力、滑移终值及荷载-滑移曲线,可为组合结构锈蚀计算提供参考。     

结合钢桁梁活载作用下钢与混凝土弹性模量比的试验研究

因芜湖桥结合钢桁梁的设计需要，对C50混凝土疲劳荷载作用下的弹性模量做了试验，研究了混凝土的持续弹性模量，瞬时弹性模量，残余应变随疲劳次数，应力水平和应力幅的变化情况以及残余应变的恢复情况。由此提出了几种活载作用下钢与混凝土的弹性模量比取值的处理方法，供芜湖桥结合钢桁梁梁设计参考。     

重庆市跨座式单轨交通系统PC轨道梁疲劳试验研究

通过跨座式单轨交通PC轨道梁正截面弯曲及梁端剪切疲劳试验,研究混凝土应力、跨中挠度、刚度降低系数以及梁体基频、阻尼系数等动力特性与疲劳循环次数的关系。研究表明,梁体结构在经历300万次双向弯曲和剪切疲劳加载作用后,结构应力、位移重复性良好,梁体具有较好的耐疲劳性能;最大疲劳荷载等级作用下受压区混凝土应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏,荷载重复300万次后梁体刚度有一定退化趋势;梁体基频、阻尼系数等动力特性随疲劳加载次数增加均有所降低,但在100万次疲劳加载后基本趋于稳定。     

悬索桥索塔钢-混凝土结合段模型试验研究

研究目的:通过介绍江汉六桥索塔钢-混凝土结合段静力模型制作、加载过程和试验结果,总结静力试验模型的设计要点,找出悬索桥索塔钢-混凝土结合段设计的薄弱环节。研究结论:(1)为保证模型试验结果的准确性,应根据第三相似定理,严格按照刚度相似、边界条件相似、荷载相似原则设计静力试验模型;(2)确定合理的模型缩尺比例应统筹考虑模型制作和模型加载的便利性;(3)悬索桥索塔钢-混凝土结合部位在承受钢塔柱传递的大吨位集中荷载时,混凝土顶面产生较大的横向拉应力,设计需高度重视结合部位混凝土抗裂构造措施,如加大钢塔柱下垫板厚度和面积,加强结合部位混凝土构造钢筋布置等;(4)为抵抗施工阶段中部分塔柱产生的拉力、加强钢塔柱与混凝土塔柱连接而采取的张拉预应力粗钢筋措施,实质上进一步加大了结合部位混凝土顶面拉应力,不利于混凝土抗裂设计;建议采取非预应力张拉下的抗拔措施;(5)本研究成果可为类似混合结构的静力试验模型设计及悬索桥索塔钢-混凝土结合段设计提供借鉴价值。     

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明：局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%～14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%～21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷...     

客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道疲劳寿命预测

针对客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的疲劳寿命问题,采用有限元软件,通过应力等效原理及列车运行速度确定了室内混凝土疲劳试验的加载值和加载频率;在各组合工况下对混凝土试件进行重复加载,分析了抗折强度和动弹性模量的关系,确定采用动弹性模量衰减幅值来评价混凝土疲劳寿命;将试验结果拟合为混凝土损伤曲线,并基于Palmgren-Miner疲劳累积伤损准则得到不同荷载作用下轨道板疲劳寿命预测值。结果表明:混凝土动弹性模量和抗折强度之间存在良好的相关性;荷载频率越低或应力水平越高,混凝土损伤发展速度越快;忽略其他荷载耦合作用时,客车荷载作用下轨道板的疲劳寿命约为货车荷载作用下的2倍,而客、货车荷载交替作用下无砟轨道的疲劳寿命则介于上述2种荷载作用之间。     

Twin-PBL剪力键疲劳性能试验及有限元分析

为研究Twin-PBL剪力键在循环荷载作用下的力学性能,进行了5个Twin-PBL剪力键的疲劳推出试验。分析了其在不同疲劳荷载幅下的疲劳破坏模式、疲劳性能及荷载-滑移曲线。结合有限元仿真软件MIDAS/Fea进行空间实体建模,将有限元计算结果与推出试验得出的数据和构件损伤形式进行了对比分析,并拟合得到平均相对误差为9. 09%的荷载与寿命曲线方程。结果表明:在疲劳试验中,Twin-PBL剪力键的疲劳损伤寿命随疲劳荷载幅的增大而趋于短折; Twin-PBL剪力键疲劳试验后的残余滑移量能表征疲劳损伤的程度;有限元仿真模拟与疲劳试验相互印证了Twin-PBL剪力连接件的破坏模式,即混凝土板自底部呈45°斜向劈裂,开孔处混凝土榫剪碎,贯穿钢筋剪切变形。