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。     

钢筋混凝土梁疲劳性能的有限元分析

为研究钢筋混凝土梁的疲劳性能发展及其影响因素,本文采用数值模拟方法,利用有限元软件ABAQUS分析钢筋混凝土梁的静力弯曲性能,结合疲劳计算软件FE-SAFE对梁结构的疲劳性发展过程进行研究,探讨了混凝土强度、纵向钢筋配筋率、疲劳荷载水平等主要因素对钢筋混凝土梁抗弯疲劳寿命的影响。结果表明:在一定范围内钢筋混凝土梁的疲劳寿命随着混凝土强度的增加而增大,但超过一定范围后梁的疲劳寿命提高幅度有所降低;梁的疲劳性能受荷载水平影响较大,疲劳寿命随荷载水平的提高显著降低;较高的配筋率可以提高受拉区混凝土的塑化效应,从而提高钢筋混凝土梁的疲劳寿命。     

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。     

HPFL加固RC梁抗弯疲劳性能试验研究

为了研究用高性能水泥复合砂浆钢筋网(High performance ferrocement laminate,简称HPFL)加固钢筋混凝土梁的疲劳性能,对11根对比梁和加固梁进行了静力和疲劳性能试验。试验结果显示,与未加固梁相比,加固梁的疲劳性能有明显改善,疲劳寿命提高16%~104%。在经过相同的循环次数之后,加固梁跨中挠度减小30%以上,混凝土和钢筋应变有所降低,裂缝宽度和间距也显著减小。没有植剪切销钉的构件发生了加固层与构件混凝土之间的界面剥离破坏,但端部植入一定数量的剪切销钉后就能避免发生这种破坏模式。     

杂散电流环境下钢筋混凝土梁弯曲疲劳损伤演变规律研究

采用超声波检测仪和基于超声波速自定义的损伤变量对杂散电流环境下钢筋混凝土梁弯曲疲劳损伤过程进行实时跟踪研究.结果表明:定义的损伤变量对杂散电流与疲劳荷载共同作用下钢筋混凝土梁损伤发展状态较敏感,能够有效跟踪损伤不同发展阶段.损伤变量跟踪显示:杂散电流环境下钢筋混凝土梁弯曲疲劳损伤过程,与一般大气环境下弯曲疲劳损伤过程类似,具有明显3阶段特性,即初始快速增加、稳定增加和临近破坏的急速增加;随杂散电流强度增大,钢筋混凝土疲劳损伤发展加快.疲劳断裂试件表明:杂散电流环境下混凝土梁弯曲疲劳损伤劣化进程加速,主要是由于杂散电流与氯离子一样会引发混凝土中钢筋发生电化学腐蚀,且与疲劳荷载构成损伤劣化耦合作用.     

疲劳荷载作用下高强钢筋混凝土梁裂缝宽度计算

通过9根高强钢筋混凝土梁的疲劳试验,分析了疲劳荷载作用下高强钢筋混凝土梁的裂缝发展原因,依据黏结-滑移理论,探讨了高强钢筋混凝土梁疲劳裂缝宽度的计算方法,提出了相应公式,并将理论值和实测值进行了对比,两者符合良好.     

高强钢筋混凝土梁疲劳变形的理论与试验研究

以高强钢筋混凝土梁的疲劳试验为基础,分析高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下变形的一般规律,用有效惯性矩对高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的刚度进行计算,提出高强钢筋混凝土梁疲劳刚度的计算方法和计算公式,并同试验结果进行对比,计算值与试验结果吻合良好。     

高强钢筋混凝土梁疲劳变形的理论与试验研究

以高强钢筋混凝土梁的疲劳试验为基础,分析了高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下变形的一般规律,用解析刚度法对高强钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的刚度进行了计算,提出了高强钢筋混凝土梁疲劳裂缝的计算方法和计算公式,并同试验结果进行了对比,吻合度良好.     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁徐变后的疲劳性能研究

粘贴碳纤维布加固混凝土梁粘贴界面的长期性能,特别是承受长期荷载后的抗疲劳性能是这种加固方法能否推广应用的关键问题,基于此对碳纤维布加固钢筋混凝土梁徐变后的疲劳性能进行了试验研究.研究结果表明:粘贴碳纤维布的钢筋混凝土梁具有良好的疲劳性能,经过相同次数的疲劳荷载后,没有经历徐变过程的加固梁与未加固梁相比,前者的挠度比后者...     

基于刚度下降的混凝土梁疲劳累积损伤模型的研究

通过疲劳试验，引入剩余刚度和累积损伤值的概念，研究钢筋混凝土梁由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律。结果表明：荷载循环初期刚度衰减较快，且不稳定，这一阶段约占疲劳寿命的5％～10％；材料物理性能的变化规律基本稳定后，刚度衰减速率基本为一定值，剩余刚度与循环次数之间基本呈线性关系，这一阶段约占疲劳寿命的80％～90％；接近疲劳寿命时，刚度急剧下降，直至疲劳破坏，这一阶段约占疲劳寿命的3％～5％；在疲劳破坏时，混凝土梁的剩余刚度降为初始刚度的70％。基于钢筋混凝土梁疲劳的第二阶段约占疲劳寿命的85％，且在此阶段剩余刚度与循环次数之间基本呈线性关系，建立了钢筋混凝土梁累积损伤值D与循环寿命比N／Nf之间关系的数学模型。在工程应用中，可以以累积损伤值D-1作为失效判据，通过少量循环的疲劳试验确定混凝土梁刚度衰减速率k的大小，然后由D=3．317k（N／Bo）来预测钢筋混凝土梁的疲劳寿命。     

基于KENTRACK的铁路沥青混凝土底砟层疲劳特性评价

重复动载疲劳损伤是沥青混凝土底砟层的破坏形式之一。本文建立了沥青混凝土底砟层的三维有限元分析模型,分析其在列车荷载作用下的受力变形特性。采用KENTRACK设计方法分析了沥青混凝土底砟层的疲劳寿命。结果表明:沥青混凝土底砟层等厚度替代基床表层的路基结构形式在列车荷载作用下基床表层的竖向动变形和振动加速度明显减小;沥青混凝土底砟层的层底拉应变在10×10^-6~90×10^-6,处于较低水平;沥青混凝土底砟层具有良好的疲劳耐久性,可用于工程实践。     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

基于虚拟样机技术的机车车辆结构疲劳寿命仿真

提出一种多体系统仿真和有限元分析相互结合进行虚拟样机疲劳寿命预测的方法.该法用于处理随机动载荷作用下转向架构架的疲劳设计.作用在复杂结构上的时变动载荷历程可以通过应用多体系统分析软件SIMPACK的多体仿真技术获得.在ANSYS中利用单位载荷作用下的准静态应力/应变分析技术计算结构危险节点应力及关键区域.模态分析技术用来获得结构固有频率和模态振型.基于危险应力状态(包括单轴,成比例和非比例多轴)、动载荷时间历程以及Palmigren-Miner损伤理论.最后利用FE-FATIGUE软件的安全强度因子分析法进行标准时域的结构疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数,损伤预测和最终寿命估计.     

预测碳纤维薄板增强RC梁抗弯疲劳寿命的AFN法

在碳纤维薄板(CFL)增强RC梁中,加固后构件的疲劳寿命受到被加固结构本身性能、加固材料性能以及荷载水平等因素的影响,加固效果具有明显的非线性,加固后疲劳寿命难以显式表达。本文采用AFN法预测加固梁的疲劳寿命:用层次分析法(Analytic hierarchy process)对影响疲劳寿命的主要因素进行分析;用模糊聚类法(Fuzzy clustering)确定训练样本;运用神经网络方法(Neural network),建立疲劳寿命隐函数关系式,从而预测CFL加固梁抗弯疲劳寿命。以疲劳试验数据为样本,用层次分析法选取最大荷载、CFL的应力水平、初始挠度、循环次数为200时跨中挠度的试验数据作为疲劳寿命隐函数的随机变量输入单元,以CFL加固梁的抗弯疲劳寿命作为输出单元。通过预测值与试验值的对比分析,验证了AFN法预测CFL增强RC梁抗弯疲劳寿命的合理性。     

活性粉末混凝土桥梁的疲劳可靠性验算

对活性粉末混凝土疲劳试验实测资料进行分析,提出铁路活性粉末混凝土桥梁疲劳验算中混凝土相关疲劳可靠性设计参数取值。编制程序计算多种跨度简支梁在客运专线疲劳列车作用下标准荷载效应比频谱,给出不同跨度简支梁中活性粉末混凝土等效重复应力换算系数。对32m预应力活性粉末混凝土桥梁承载能力极限状态可靠指标进行分析,给出建议的活性粉末混凝土桥梁疲劳设计目标可靠指标和设计验算表达式。     

公轨两用拱桥吊杆疲劳多因素分析

基于吊杆疲劳的分析方法,以某公轨两用拱桥为研究对象,采用有限元程序建立该桥的空间有限元模型,对其吊杆进行疲劳计算,分析了小于30 kN的汽车车辆荷载、车道分布、荷载谱类型和运营时期等因素对吊杆疲劳的影响.计算结果表明:小于30 kN的车辆对吊杆疲劳有一定影响;短吊杆在设计基准期内的损伤度相对较大;轻轨车车流比汽车车流对...     

基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。     

转K5型转向架弹簧托板疲劳试验方法研究

对转K5型转向架弹簧托板动应力进行了线路实测,编制了相对疲劳薄弱部位的动应力谱和弹簧托板的动载荷谱,采用无限寿命设计理论,利用线路实测动应力和AAR货车设计制造规范中的有关材料及接头的疲劳极限,评估了弹簧托板的疲劳强度,根据损伤等价原则,提出了实物疲劳试验加载方案.     

CRTS-I型板式无砟轨道疲劳寿命研究

为研究无砟轨道在列车荷载和环境温度共同作用下的疲劳特性,以CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道为研究对象,建立弹性地基梁-体模型,计算出列车荷载和温度梯度作用下轨道结构的垂向最大应力,并结合普通混凝土结构S-N曲线的疲劳寿命分析方程和CA砂浆在不同温度时的疲劳方程,预测了CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层在规定服役年限内的疲劳寿命。计算表明,对于有限的作用次数,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层受到的最大应力均未超过相应的混凝土强度值。根据各结构层最大应力预测出的相应疲劳寿命表明,CA砂浆在25~30年后将出现疲劳损伤,而在规定年限60年内,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道其他结构层不会出现疲劳损伤,能达到客运专线服役期内的要求。