恒幅循环荷载作用下FRP加固桥梁疲劳寿命预测

在线性渐进叠加假定的基础上,理论推导了三点弯曲荷载下FRP加固桥梁应力强度因子的计算公式,并结合FRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验,分析了FRP加固梁裂纹的扩展行为,验证了裂缝口张开位移CMOD的经验公式可用于计算标准三点弯曲梁的裂缝口张开位移,进而计算断裂模型中梁的临界有效裂缝长度.利用线弹性断裂力学中应力强度因子对疲劳裂纹扩展进行定量描述,进而对FRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究.     

纤维编织网增强自应力混凝土梁的弯曲性能

根据ASTMC1018—97规范对纤维网增强自应力混凝土梁的弯曲韧性进行了试验研究,得到了以不同混凝土基体和纤维束Tex含量为影响因素的荷载-挠度曲线.试验表明纤维网的加入以及Tex含量增加可以显著提高自应力混凝土梁的开裂荷载,但此时弯曲韧性指数I5,I10和I20随着开裂荷载的提升逐渐减小.同时建立了纤维编织网增强自应力混凝土这种复合材料受弯时开裂荷载的计算模型,并进行了有限元模拟,理论值、数值模拟结果和试验值吻合较好,表明该计算模型可以用来评价TRSSC梁受弯时的抗裂性能.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

Ⅰ型裂纹的高强混凝土梁断裂性能试验研究

为了研究Ⅰ型裂纹高强混凝土梁在静荷载作用下裂缝尖端微裂区扩展规律,采用三点弯曲梁试验方法。结合双K、双G理论模型分析不同初始缝高比对高强混凝土起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度及应力强度因子的影响。试验结果表明:缝高比对起裂荷载与失稳荷载有较大的影响;双K、双G模型得出的起裂韧度理论值很接近且初始缝高比对断裂韧度无明显影响。     

后浇UHTCC既有混凝土复合梁弯曲疲劳性能试验研究

为研究疲劳荷载作用下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)对混凝土的增强作用,将UHTCC外浇层作为保护层,对既有着混凝土梁体一侧浇注UHTCC而制成的UHTCC/混凝土复合梁(UC复合梁)进行三点弯曲疲劳加载试验.实验结果表明:在疲劳荷载作用下,UC梁截面变形符合平截面假定;UHTCC层产生若干条可见裂缝,其数目随应力水平的下降而减少,混凝土层裂缝数目为1～3;复合梁随荷载循环的疲劳变形曲线表现出延性特征,呈现三阶段发展,变形能力随应力水平的下降而降低;在高周疲劳情况下,复合梁S-N双对数疲劳曲线线性良好.由此表明,利用超高韧性水泥基复合材料作为保护层能分散既有混凝土的表面裂缝,提高复合梁的变形能力和寿命.     

基于向量残差SVD的混凝土超声测试温度效应研究

为研究温度对混凝土超声测试尾波信号的影响规律;将信号向量间的归一化夹角作为波动指标,反映温度效应引起的信号变化;通过向量残差矩阵SVD获得表征温度效应大小的特征向量,建立向量空间映射和温度差的数学关系。在实验室采集混凝土梁尾波信号进行验证,结果表明,随温度升高尾波信号的波形发生后移,文中方法可分段线性量化温度效应;基于量化结果,得到常温下超声尾波信号最敏感的温度区间;任意4.5 ℃范围内,可去除74%~90%的温度效应。     

基于内聚力模型的钢筋混凝土梁断裂模拟

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,本文介绍了一种内聚力模型的方法来模拟钢筋混凝土梁在静态条件下的断裂行为。利用Python开发的计算机程序,通过在有限元模型中插入内聚力单元,并分别对三点弯曲素混凝土梁的Ι型断裂失效模式和L型混凝土板混合断裂失效模式进行模拟,验证了内聚力模型在素混凝土结构中的适用性。在此基础上展开对四点弯曲的钢筋混凝土梁断裂过程模拟,通过分析钢筋混凝土梁的裂纹扩展过程和荷载—挠度曲线,并与文献中的试验结果进行比对,计算结果与试验结果吻合较好。可见该方法适合于钢筋混凝土梁的断裂失效模拟。     

混凝土工字梁三点弯曲荷载超声测试

制定并实施了钢筋混凝土工字梁三点弯曲荷载超声测试方案,采集了21个荷载等级下超声波波形,利用泰勒展开式,去除了高阶信号的影响,提取波形幅值变化多阶含量,建立了幅值一阶变化系数与应力变化近似线性曲线。研究表明:钢筋混凝土工字梁超声波幅值一阶变化系数与应力变化拟合曲线拟合优度高于0.99。     

钢纤维增强自应力混凝土连续叠合梁的弯曲性能

基于钢纤维自应力混凝土优异的抗裂性能,将其作为叠合层铺筑于普通混凝土两跨连续T梁翼缘,制成连续叠合梁研究其抗裂性能和整体的弯曲性能.试验表明,钢纤维自应力混凝土叠合层可大幅提高连续叠合T梁支座负弯矩区的开裂荷载和跨中极限挠度,延缓支座处上部裂缝的发展速度,显著改善连续梁的弯曲性能.建立了钢纤维自应力混凝土连续叠合梁开裂荷载的计算方法,并对连续叠合梁的弯曲性能进行了有限元模拟;理论值、试验值与数值模拟结果吻合较好,表明该计算方法可用来计算此类弯曲构件的开裂荷载.     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性的试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

冻融后预应力混凝土构件疲劳损伤模型

通过7根预应力混凝土梁进行不同冻融循环次数后的疲劳试验,研究冻融环境下构件由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律,试验结果表明冻融作用对构件在疲劳荷载下挠度的发展起加剧作用,且随着冻融次数增多作用愈明显.在冻融循环和疲劳荷载的共同作用下,试验梁的剩余刚度在弯曲疲劳过程中呈现三阶段衰减规律,并且在第2阶段近似呈线性衰减,构件发生疲劳破坏时,其剩余刚度衰减至初始刚度的66%左右.根据损伤理论得到试验梁基于刚度衰减的累积损伤值D与循环寿命比n/Nf之间的关系模型,该模型考虑了冻融效应对疲劳累积损伤的影响,可为寒区预应力混凝土梁疲劳寿命预测提供有价值的参考.     

不同掺量钢纤维自密实混凝土梁的抗弯性能有限元分析

根据理论计算与试配获得了不同掺量的钢纤维自密实混凝土配合比,由混凝土力学性能试验得到各配合比下混凝土的力学性能指标,并以实测材料参数为依据,通过ANSYS有限元模型,分析不同钢纤维掺量的钢筋自密实混凝土梁的抗弯性能及裂缝分布,并找到最佳钢纤维自密实混凝土配合比,为工程实践提供参考.计算结果表明,掺钢纤维的钢筋自密实混凝土梁,其开裂荷载、屈服荷载、弯曲韧性及结构刚度与普通钢筋自密实混凝土梁相比得到提升,并且实际极限荷载也能得到相应改善.     

锈蚀钢筋混凝土梁四点弯曲力学行为数值分析

为进一步研究锈蚀状态下钢筋混凝土梁弯曲试验下其力学行为等相关性能分析,本文基于已有的试验结果,构造与钢筋锈蚀率有关的钢筋—混凝土界面的粘结性能退化模型。并使用ANSYS有限元软件,进一步建立钢筋混凝土梁有限元模型。利用该模型,对锈蚀钢筋混凝土梁在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果发现:数值模拟得到的锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—挠度曲线与试验曲线吻合较好,证实了本文有限元模型分析锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究的可行性。论文最后还进一步分析了跨中混凝土与钢筋的应力分布、跨中混凝土与钢筋的应变分布、钢筋与混凝土之间的相对位移以及锈蚀钢筋混凝土梁破坏时的裂缝分布等,旨在更深入地研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁弯曲力学行为的影响,从而能更加具体深入地研究钢筋混凝土结构耐久性。     

干湿循环下受弯钢筋混凝土梁的氯盐侵蚀

为探究弯曲荷载对干湿交替环境下钢筋混凝土梁内氯离子输运的影响,引入混凝土标量损伤作为耦合中间量,并拟合氯离子的荷载修正函数修正不同损伤部位的氯离子扩散系数,建立干湿循环与弯曲荷载耦合作用下混凝土梁中的氯盐和水分的输运模型。在此基础上,基于COMSOL软件,提出一种混凝土中氯盐侵蚀的数值模拟方法,并以弯曲荷载、侵蚀时间为变量,进行干湿循环试验验证。研究结果表明:随着弯曲荷载、侵蚀时间增加,混凝土梁内同一位置处的氯离子质量分数提高;对于同一试验梁,纯弯段氯离子质量分数比弯剪段的高;弯曲荷载影响构件的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输。     

CFL增强RC梁正截面抗弯疲劳设计

FRP材料在砼结构的加固工程中已得到广泛的应用,但现行加固规程主要采用静力作用下的极限状态设计方法,没有考虑疲劳荷载作用对结构性能的影响,在结构的使用中偏于不安全。通过对等幅循环荷载下碳纤维薄板(CFL)增强RC梁三点弯曲疲劳实验,得到CFL增强梁的刚度、挠度、混凝土裂纹扩展以及CFL与混凝土的界面的疲劳损伤演化规律,揭示了在等幅循环荷载下增强梁的疲劳破坏机理;通过对CFL增强RC梁正截面疲劳极限状态的分析,考虑施加的荷载幅值、疲劳破坏模式、FRP与混凝土的粘结应力对结构疲劳寿命的影响,提出了CFL增强RC梁在等幅循环荷载作用下的正截面抗弯疲劳设计方法。     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的研究

试验研究表明,纤维聚合物筋混凝土梁荷载挠度曲线以截面初裂为界限点分为两个线性阶段.正截面开裂前,荷载挠度曲线基本为线性,截面刚度较大;正截面开裂时,裂缝先在纯弯段出现,荷载挠度曲线出现转折点.随着荷载增加,纯弯段正裂缝发展,剪跨段斜裂缝产生并向梁的受压区加荷点扩展,梁的刚度较截面开裂前减少,荷载挠度曲线基本为线性直到梁破坏.在试验研究的基础上,探讨了纤维聚合物筋混凝土梁的非线性全过程数值分析方法,用计算机模拟了试验梁的跨中弯矩-挠度关系曲线,并用试验数据进行了验证.     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

公路早期部分预应力混凝土T梁腐蚀疲劳性能试验分析

我国早期建造、处于腐蚀环境的在役公路预应力混凝土T梁桥面临严峻的腐蚀疲劳问题.为探讨此类桥梁的腐蚀疲劳性能，基于上世纪80年代公路部分预应力混凝土T梁标准图设计试验模型，开展特定钢绞线锈蚀率(设计锈蚀率为10%)下不同疲劳荷载幅值的部分预应力混凝土T梁模型的弯曲疲劳试验，获得模型梁在循环荷载作用下的跨中挠度、梁底纵向钢筋和受压区混凝土应变、竖向裂缝宽度等的发展规律及疲劳寿命.试验结果表明：在钢绞线腐蚀较为严重时，模型梁的弯曲疲劳破坏特征为受腐蚀钢绞线发生无征兆的断丝破坏，且受压区混凝土未出现被压碎现象，破坏模式为脆性破坏；在钢绞线锈蚀率基本相同时，模型梁的受弯性能随着疲劳荷载幅值的增大而显著下降，且其疲劳寿命也随着疲劳荷载幅值的增大而急剧下降.基于应力-寿命(S-N)理论，提出钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命预测公式，可用于初步评估钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命.     

细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.