锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测

为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理,并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据,以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本,对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验;利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程,对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸;考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性,并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较;采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命(S-N)曲线进行了拟合,对比了不同锈蚀程度钢丝S-N曲线的差异;针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征,运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明:随着腐蚀程度的增加,钢丝的疲劳性能下降;表面蚀坑分布较密时,容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律;萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值ΔK_(th)控制;锈蚀钢丝S-N曲线在低应力范围下出现拐点,符合三参数公式的拟合规律;锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大,基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命SN曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。     

基于断裂力学的CFRP加固桥梁疲劳裂纹扩展研究

在线性渐进叠加假定的基础上,对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土桥梁的疲劳裂纹扩展速率进行理论分析,在裂纹扩展模型表达式的基础上,通过分析三点弯曲梁应力强度因子与等效裂缝长度之间的关系,求得裂纹扩展速率,进而对CFRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究;同时进行了CFRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验研究,通过单、双层CFRP加固试验梁沿布长方向的应变累积分析,阐述了荷载作用下加固梁裂纹扩展速率和扩展行为。结果表明:加固梁在疲劳荷载作用下,CFRP充分发挥了其抗疲劳特性;从理论计算结果与试验值对比情况看,CFRP加固钢筋混凝土桥梁疲劳寿命估算理论计算方法误差较小,满足实际需求。     

箍筋锈蚀钢筋混凝土梁斜截面疲劳性能试验研究

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能一直是研究热点。通过15根不同箍筋锈蚀率的钢筋混凝土梁的静载及疲劳加载试验,研究了循环荷载下不同箍筋锈蚀率钢筋混凝土梁疲劳性能以及箍筋锈蚀率与混凝土梁疲劳寿命两者之间的关系。试验结果表明:箍筋锈蚀率较低且对混凝土保护层造成损伤较小时,疲劳寿命有上升趋势;当箍筋锈蚀率增加至混凝土保护层损伤明显时,梁的疲劳寿命急剧缩短,其破坏形式为混凝土梁脆性剪切破坏,破坏前没有明显预兆。     

不同腐蚀率下钢筋混凝土梁的疲劳S-N曲线研究

钢筋混凝土梁中钢筋腐蚀对疲劳的影响不容忽视,针对目前不同腐蚀下钢筋混凝土梁疲劳性能研究较少的情况,介绍了4种疲劳寿命评估方法,并以名义应力疲劳寿命评估法为理论基础,对国内以前做的部分钢筋混凝土梁疲劳试验结果进行了分析,采用应力幅作为钢筋混凝土梁的疲劳参数,取保证概率为95%,拟合了4种不同腐蚀下钢筋混凝土梁的疲劳S-N曲线,并进行对比分析,可为相关研究提供一定的参考。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度研究

钢筋与混凝土之间的粘结力退化是引起锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度退化的主要因素。研究发现光圆钢筋与混凝土的粘结机理和螺纹钢筋与混凝土的粘结机理有本质区别。在给出不同锈层厚度以及荷载等级下钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果的基础上,分析了37根钢筋混凝土矩形梁的抗弯刚度受锈层厚度影响的差异。详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁的制备过程、电化学加速锈蚀试验的设计依据、以及锈蚀梁静载试验方案。在对锈蚀钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)计算结果的对比分析基础上,给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁随锈层厚度变化的刚度退化系数计算建议公式,进而提出了公路混凝土桥梁中锈蚀受弯构件抗弯刚度计算的建议方法,可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据。     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

桥梁钢筋锈蚀及其对策

在钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土桥梁中，钢筋锈蚀是普通存在的问题，特别是随着时间的增加，锈蚀会愈加严重给桥梁的安全使用和桥梁寿命带来严重影响。文中对桥梁钢筋锈蚀的机理进行了分析，介绍了检测钢筋锈蚀的方法，提出了桥梁结构钢筋锈蚀的处理措施及锈蚀对策。     

普通钢筋锈蚀后预应力混凝土桥梁疲劳试验研究

借助传统应变片和891拾振器的疲劳试验实时测试系统,通过9片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究了普通钢筋锈蚀后预应力混凝土桥梁疲劳破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随重复荷载次数的变化规律.研究表明:梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),只要钢筋没有发生锈蚀断裂破坏,混合配筋合适的预应力混凝土梁的静载承载力与普通没有锈蚀梁的承载力相差不大.锈蚀率超过一定界限后(20％),钢筋在坑蚀处断裂,梁的静载承载力会急剧降低,表现为少筋梁的脆性破坏特征.疲劳反复荷载作用下构件的中性轴位置基本保持不变,不像非锈蚀试件那样呈现出明显的3阶段变化过程;锈蚀率超过7％以后,容许疲劳疲劳寿命会急剧减少,达40％左右.     

基于双G断裂准则的钢筋混凝土结构锈胀寿命预测

基于文献[1]提出的腐蚀钢筋混凝土钢筋锈胀力的公式,利用断裂力学理论推导了锈蚀钢筋混凝土构件裂缝扩展应变能释放率的表达式,应用双G断裂准则对锈蚀钢筋混凝土结构的裂纹扩展寿命进行了预测,分析了裂纹扩展寿命与混凝土强度等级,保护层厚度和钢筋直径的定量关系。结果表明：构件初始裂纹长度时锈胀的起裂、稳定扩展和失稳扩展寿命影响非常严重;钢筋直径和混凝土强度等级的增加会引起裂纹扩展寿命的增加,随着混凝土保护层厚度的增大,裂纹扩展寿命略有下降趋势。因此,为提高混凝土结构的耐久性,合理设置混凝土保护层厚度是至关重要的。     

基于小波神经网络锈蚀钢筋强度预测研究

为研究氯离子侵蚀和混凝土碳化综合作用下既有钢筋混凝土桥梁中锈蚀引起的钢筋屈服强度的退化,基于拆除两座旧桥主要承重构件中钢筋锈蚀影响因素的无损检测以及锈蚀钢筋拉伸试验,考虑混凝土碳化、氯离子侵蚀、保护层厚度以及混凝土强度等因素综合影响,利用小波神经网络在非线性建模中收敛迅速等优越性,提出了基于小波神经网络来预测既有钢筋混凝土桥梁中钢筋屈服强度方法。研究表明:锈蚀率较小情况下,锈蚀引起钢筋屈服强度的下降并不显著。该预测方法可以考虑不同环境对混凝土桥梁中钢筋锈蚀的综合影响,精度满足要求,具有较好的适用性。     

钢筋锈蚀引起桥梁结构性能退化的可靠性分析

在介绍了引起钢筋锈蚀的因素及过程后,分析了钢筋锈蚀造成结构性能退化的机理,并分析钢筋的锈蚀对桥梁结构的影响。通过对钢筋锈蚀引起结构抗力衰减过程分析,建立了结构抗力的等效模型,分析结构评价时刻的可靠度,并与初始状态进行比较,建立了基于桥梁检测结果的可靠性分析方法。以实现对桥梁当前和将来状态的可靠性评估及预测。     

海洋环境下基于可靠度的混凝土结构耐久性评估

钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性失效的最主要原因,海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素是C l-侵蚀。本文考虑氯离子的渗透随机过程,建立了海洋环境下结构抗力的随机模型;以桥梁服役状态下,钢筋锈蚀导致结构性能劣化为出发点,运用可靠度分析方法,对海洋环境下钢筋混凝土结构不同时期计入耐久性的承载力进行了分析,并用于某跨海大桥墩柱的耐久性评估。     

混凝土裂缝与钢筋锈蚀的成因及防治措施

钢筋混凝土桥梁结构的钢筋锈蚀及其裂缝的产生和发展,一直是人们特别重视的问题之一.结合合宁高速公路桥梁现状从混凝土保护层的物理、化学破坏入手,分析梁板裂缝和钢筋锈蚀的机理,以及对桥梁结构的影响;并根据锈蚀的成因提出了相应的预防措施.     

混凝土裂缝与钢筋锈蚀的成因及防治措施

钢筋混凝土桥梁结构的钢筋锈蚀及其裂缝的产生和发展,一直是人们特别重视的问题之一.结合合宁高速公路桥梁现状从混凝土保护层的物理、化学破坏入手,分析梁板裂缝和钢筋锈蚀的机理,以及对桥梁结构的影响;并根据锈蚀的成因提出了相应的预防措施.     

钢筋混凝土桥梁的腐蚀研究与防护

介绍了钢筋混凝土桥梁的腐蚀机理和影响因素;基于锈蚀钢筋的拉伸试验和劣化混凝土的轴心抗压试验,分析了钢筋混凝土构件的腐蚀对桥梁力学性能和结构性能(包括钢筋与混凝土的粘结、承载力、破坏形式等)的影响;在此研究基础上提出了桥梁结构的防腐与防护措施,对钢筋混凝土桥梁的状态评估与维护管理具有重要意义。     

自然锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳试验

为研究锈后钢筋疲劳性能退化规律,在考虑锈蚀率和应力范围影响的基础上,对28根混凝土中自然锈蚀钢筋试件进行轴向拉伸疲劳试验.经统计回归,建立了考虑锈蚀率影响的锈蚀钢筋疲劳曲线方程,给出了不同保证率、不同预期疲劳寿命下自然锈蚀钢筋容许应力范围的建议值.同时,通过锈蚀钢筋疲劳断口扫描电镜的对比分析,解释了锈蚀钢筋疲劳性能的退化规律.研究结果表明:锈后钢筋应力范围与疲劳寿命的对数关系仍呈线性,但疲劳寿命显著降低,且应力范围越大其降低幅度越大;断口瞬时断裂区面积比随着应力水平的提高而增加,且锈蚀越严重,其增长速度越快.     

钢筋混凝土桥梁服役期间的可靠性评价

分析研究了整体锈蚀和局部锈蚀两种锈蚀模型下钢筋混凝土桥梁的服役可靠性。同时，讨论了钢筋锈蚀速度、活载参数和恒载参数对服役可靠性的影响。桥梁服役期间可靠性评价对于预测服役寿命和经济、科学地安排维护时间及维护方案都具有重要意义。     

锈蚀钢筋混凝土结构可靠性与寿命预测

目前钢筋混凝土结构可靠度研究大多数没有考虑钢筋锈蚀的影响。从考虑钢筋面积的降低,建立锈蚀钢筋混凝土结构抗力的模型,应用结构可靠性分析的简化方法计算结构的可靠度来评估混凝土结构可靠度。通过分析,还可以进行目标可靠度下的寿命预测。     

正交异性钢桥面板U肋-盖板焊接节点的疲劳性能试验

为深入研究正交异性钢桥面板U肋-盖板焊接节点的疲劳性能及其破坏机理,设计了6个足尺试件模型开展试验研究。首先进行中心加载和偏心加载两种加载工况下的静力试验,对焊缝附近区域的钢板表面应力进行实测,得到热点应力分布规律及应力集中系数;随后进行不同热点应力幅下的高周疲劳循环加载,得到相应的疲劳破坏模式、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展过程及速率、刚度退化等实测数据。结果表明:U肋-盖板焊接节点的最大热点应力位于盖板焊趾处;节点在循环荷载作用下的疲劳裂纹扩展过程大致分为裂纹萌生、裂纹稳定扩展、裂纹贯穿壁厚、断裂失效4个阶段,且裂纹贯穿盖板壁厚之后的剩余疲劳寿命可忽略不计;疲劳开裂初期的裂纹扩展速率较为稳定,裂纹贯穿盖板厚度之后的扩展速率明显加快;节点刚度在裂纹长度达到150 mm时开始出现下降趋势,并在裂纹贯穿盖板厚度之后发生刚度急剧退化。通过疲劳寿命数据对比,可以认为采用IIW规范的FAT100级S-N曲线对正交异性钢桥面板U肋-盖板焊接节点的疲劳寿命进行预测和评估是偏于安全的。     

氯离子对钢筋混凝土桥梁的危害与防护

分析了氯离子进入钢筋混凝土桥梁的途径及引起钢筋锈蚀的机理；基于试验对钢筋锈蚀引起的危害进行了研究。介绍了国内外最新的钢筋防锈技术。