混凝土材料的累积损伤破坏准则

本文基于混凝土材料疲劳损伤累积与破坏的试验结果分析，指出混凝土材料的疲劳破坏用一个确定的临界损伤值描述具有不合理性，提出了一个非线性累积损伤破坏准则，该准则抛弃了以确定的临界损伤值为描述疲劳破坏的概念，试验表明本文的非生准则与试验结果具有良好的吻合性，并给出了利用该准则预测变幅疲劳荷载下材料寿命的方法，以及基于该准则推导混凝土材料Ｓ－Ｎ曲线的原理及与试验结果的比较。     

混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究

本文在室内混凝土试件弯曲疲劳试验的基础上，研究了素混凝土受弯试件在变幅重复荷载作用下的弯曲疲劳累积损伤性能，在对试验结果分析的基础上，证明了变幅疲劳荷载的大小和加载顺序对混凝土弯曲疲劳破坏有较大的影响，当疲劳荷载由小变大时，累积损伤量大于１，当疲劳荷载由大变小时，累积损伤量小于１，Ｐ－Ｍ线性累积损伤准则不适于混凝土弯曲疲劳破坏，同时验证了非线性疲劳累积损伤理论的合理性。     

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。     

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤初探

主要讨论 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道自密实混凝土调整层在反复荷载作用下的疲劳损伤特性,根据自密实混凝土损伤本构关系,分析了自密实混凝土疲劳损伤演变过程和几种疲劳寿命S-N曲线。在反复荷载作用下,由于自密实混凝土某些区域存在交变应力或复杂应力区域而容易发生疲劳损伤,最后计算并验证了其疲劳损伤主要集中在自密实混凝土自身微缺陷处和调整层端部边缘处。     

在等幅重复应力作用下混凝土弯曲疲劳性能研究

在室内混凝土试件弯曲疲劳试验的基础上，研究了素混凝土受弯试件在等幅重复荷载作用下的弯曲线劳性能。通过对试验结果的统计分析，证实了混凝土弯曲疲劳寿命的概率分布基本上符合两参数威布尔分布。在探讨了疲劳方程合理形式的基础上，进而建立能够较好拟合试验结果，并能向低应力水平外延的折线型双对数混凝土弯曲疲劳方程。     

活性粉末混凝土的疲劳性能试验研究

通过等幅单向压缩荷载作用下的活性粉末混凝土疲劳试验,研究活性粉末混凝土的疲劳特性。研究表明：循环荷载作用下,活性粉末混凝土的疲劳破坏表现为形成单一临界疲劳主裂纹的破坏形态;活性粉末混凝土的宏观疲劳损伤过程按宏观疲劳裂纹演变模式分为裂纹潜伏、裂纹稳定扩展和失稳破坏3个阶段,且各阶段分别占疲劳总寿命的15%,75%和10%,相应的纵向变形发展也呈此3阶段规律;活性粉末混凝土的疲劳寿命服从两参数Weibull分布,疲劳极限强度可取为其静极限轴心抗压强度的57%;活性粉末混凝土疲劳变形模量的衰减可分为平稳缓慢衰减和急剧不稳定衰减2个阶段,其比例分别为90%和10%;疲劳变形模量的极限值可以取作初始变形模量的0.5倍。     

无黏结预应力高性能粉煤灰混凝土桥梁疲劳损伤计算方法的研究

结合洛湛线工程项目,以不同掺量的高性能粉煤灰混凝土无黏结预应力桥梁的疲劳试验为基础和基于结构变形的方法计算无黏结预应力筋增量,提出一种考虑钢筋和混凝土两种材料耦合作用的非线性疲劳损伤过程分析方法.该方法可以考虑由于组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象,通过分段线性的方法进行混凝土构件的非线性损伤过程分析.理论分析与试验结果比较表明,该方法能够较好地描述无黏结预应力混凝土梁疲劳损伤的全过程,并能给出更符合实际情况的疲劳寿命.     

疲劳失效寿命概率分布的连续模型

材料疲劳失效寿命分布的一般模型是在给定存活率下的疲劳曲线，而强度分布的建立，是基于给定存活率下的S－N模型，通过函数概率变换的方法实现。在某些情况下，如进行复杂应力条件下的疲劳素损伤分布分析，疲劳失交寿命和应力幅水平的连续分布模型更有意义。本文通过建立疲劳失效寿命分布参数与应力幅水平的关系，提出了一种的疲劳失效寿命关于应力幅水平概率分布的连续模型。由于疲劳试验的长时间和高费用以及在某些情况下，试验会意外终止，得到的疲劳失效寿命样本通常是不完全样本。因此，采用截尾数据的极大似然参数估计。为了建立分布参数与应力幅水产的一般规律，对疲劳试验数据手册中提供的多种材料中有代表性的金属材料分组疲劳试验数据进行了分析，结果是，随着应力幅水闰的降低，疲劳寿命分布的均值和方差均单调增加，疲劳寿命分布的概率密度曲线形态随着均值的增加而变遍、变宽。尽管材料不同，试验方法不同，试验数据的来源也不同，但所表现出的规律却是相同的。其一，概率密度曲线随应力幅水平而变化的规律是相同的；其次，均值和方差与应力幅水平成乘幂关系。通过对大量试验数据的分析，得到了两个基本的经验关系，其一是疲劳寿命均值与应力幅水平的关系；其二是方差与应力幅水平的关系。     

多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁疲劳损伤模型

地铁、轻轨等城市轨道交通混凝土结构常处在杂散电流、氯离子与疲劳荷载共同作用下服役。针对这种典型服役条件下钢筋混凝土疲劳损伤行为,开展了30V杂散电流与3.5%氯离子多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁四点弯曲疲劳试验研究。基于弯曲疲劳模量退化,建立用于这种典型服役条件下钢筋混凝土梁的非线性疲劳寿命预测和疲劳累积损伤模型。研究结果表明:杂散电流和氯离子多环境腐蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响显著,且疲劳荷载越大影响越大。损伤过程分初始损伤、累积损伤和失效破坏等3个阶段,破坏时无征兆。本文所建立的非线性疲劳损伤模型可描述这一损伤演化趋势,预测结果与实测值吻合较好。     

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。     

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。     

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.     

CFRP加固钢筋混凝土梁疲劳刚度的试验研究

研究目的:碳纤维布加固混凝土结构是一种新型结构加固方法.粘贴碳纤维布是提高混凝土梁疲劳性能的有效方法, 可用于延长损伤混凝土结构的使用寿命.研究结果:CFRP加固混凝土梁在疲劳荷载作用下, 正截面平均应变仍符合平截面假定.加固梁在疲劳荷载作用下刚度降低,裂缝宽度增大.得到了CFRP加固钢筋混凝土梁在疲劳荷载作用下的疲劳刚度计算方法和计算公式,计算结果与试验结果符合良好.     

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。     

大跨度悬索桥抖振的概率疲劳累积损伤分析

为探讨脉动风作用下大跨度悬索桥的抖振疲劳问题,在桥梁抖振时域分析基础上,得到悬索桥构件的应力响应时程.采用雨流计数法对不同等级风速作用下的应力循环进行统计,同时假设构件疲劳寿命服从威布尔分布,得到风振的疲劳累积损伤及可靠度分析方法.最后以东海某大跨悬索桥为对象进行了详细探讨.结果表明:该桥的主缆及吊杆在脉动风荷载作用下有足够的疲劳可靠度,不会出现疲劳破坏;加劲梁在高风速下抖振疲劳损伤较大,在运营过程中,应加强对加劲梁在强风作用后的损伤检测.     

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。     

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。     

重载列车（25t轴重）作用下既有线混凝土桥梁的疲劳寿命评估

在考虑实施２５ｔ轴重运输的前提下，提出根据实测运营荷载谱推算重载荷载谱的方法，并对４座既有混凝土桥梁进行了疲劳寿命评估。