考虑黏结性退化的锈蚀PC梁抗弯承载力计算方法∗

钢绞线锈蚀降低了其与混凝土间的黏结性，导致钢绞线与其周围混凝土间的变形不协调，影响预应力混凝土梁的抗弯性能。采用快速锈蚀试验得到了不同锈蚀程度的16个有箍筋和无箍筋拉拔试件，通过拉拔试验得到了试件开始滑移及破坏时的拉拔力；回归了黏结折减系数与锈蚀率之间的关系式，并将其融入到预应力混凝土梁的抗弯承载力分析模型中，提出了考虑黏结性退化的锈蚀预应力混凝土梁抗弯承载力计算方法。试验结果表明：有箍筋试件的黏结强度大于无箍筋试件；随着钢绞线锈蚀水平的增大，箍筋对黏结强度退化的约束作用逐渐减小；黏结折减系数随锈蚀率的增加呈指数函数规律递减。将理论值与本文及已有文献中锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验结果进行了比较，计算结果表明本方法预测精度较高，最大误差在6%以内，验证了本抗弯承载力计算方法的适用性，可为服役预应力混凝土桥梁抗弯承载力评估提供参考。     

腐蚀对预应力筋与混凝土间变形协调性的影响

针对腐蚀导致预应力筋与混凝土间黏结性能退化而引起的变形不协调对构件承载力的影响,结合8片梁的抗弯试验,通过定义变形协调系数表征腐蚀预应力筋与混凝土的应变比,进而量化变形协调性能,构造新的几何关系和平衡方程,推导变形协调系数及构件受弯承载力的表达式,探讨了预应力筋与混凝土间变形协调系数随各影响因素的变化规律,并通过与相关文献试验结果的对比进行了验证。结果表明:腐蚀会引起预应力筋与混凝土间变形协调性下降,极限荷载时,变形协调性的退化使构件承载力降低,考虑腐蚀预应力筋与混凝土间的变形不协调,有助于提高承载力的计算精度;变形协调系数随腐蚀率、梁高、梁宽和混凝土强度增加而增大,随预应力筋重心至梁底距离增加而减小。     

氯盐环境下钢筋混凝土构件锈胀开裂风险概率分析

为了研究时间和空间等不确定因素下钢筋混凝土构件的锈胀开裂损伤,针对氯离子腐蚀环境,将钢筋锈蚀划分为2阶段3个特征时刻,分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤的风险概率模型,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性。结果表明:钢筋锈蚀对其影响因素的敏感程度依次为混凝土保护层、临界氯离子浓度、扩散系数和混凝土表面氯离子浓度;钢筋混凝土构件从发生锈胀开裂到裂缝达到界限宽度的时间很短,界限宽度的取值对锈蚀损伤的影响并不显著。     

模糊检测数据下服役钢筋混凝土桥梁的动态可靠度评估

针对服役桥梁的可靠性评估中无法基于不完备、缺陷的检测数据准确获得变量统计特征的问题,提出了模糊检测数据下既有钢筋混凝土桥梁的动态可靠性分析方法。以氯盐腐蚀下引起钢筋截面积减弱,导致结构承载能力和可靠性能降低为主线,采用隶属函数来描述缺陷信息,通过等概率原理将模糊变量转化成当量随机变量,进而基于任意概率密度函数的Monte Carlo抽样方法,分析了一座实桥的动态可靠指标变化情况。结果表明:模糊检测数据的均值对钢筋截面减弱影响较大,其中保护层厚度均值对其影响最为显著,这同样表现在对可靠指标的影响中;变量模糊幅度的影响较小,在确定隶属函数的过程中,更应注重隶属函数的均值。     

低温环境下桥梁用结构钢疲劳寿命估算方法

在现有研究成果的基础上,基于断裂力学理论提出了适用于桥梁结构钢的低温疲劳寿命估算方法。利用室温环境下的疲劳性能参数和低温环境的基本力学性能参数对低温环境下的疲劳极限、疲劳裂纹扩展门槛值等进行预测,建立疲劳裂纹扩展速率模型,应用等效初始裂纹法估算低温环境下桥梁钢的疲劳寿命,并通过塑性区裂纹尺寸修正进行低周疲劳寿命预测。通过算例表明,该方法能够较为准确的预测Q345qD钢试件的拉伸疲劳寿命,从而避免了成本高昂的低温疲劳试验,为钢结构桥梁的低温疲劳分析提供简便而实用的依据。     

桥梁吊索高强钢丝疲劳裂纹扩展试验与数值模拟

反复车辆荷载作用下,斜拉桥斜拉索及拱桥吊杆疲劳损伤问题日益严重。针对大跨桥梁中常用的镀锌高强钢丝,开展了应力比R分别为0.1、0.2、0.3的疲劳裂纹扩展试验,研究了应力比及应力幅对钢丝疲劳裂纹扩展性能的影响,每种应力比下的应力幅分别为140.4、152.1、163.8、175.5MPa。采用分步加载方法,设计不同加载应力幅在试件断裂面留下裂纹扩展时的条纹特征,利用光学显微镜对疲劳断口的疲劳条纹进行观测,得到了不同应力比下裂纹扩展深度与疲劳循环次数的a—N曲线,拟合了高强钢丝的疲劳裂纹扩展速率模型。试验结果表明:钢丝疲劳裂纹呈三阶段扩展,随着应力比R的增大,Paris公式中参数C变小,m变大。运用有限元软件ABAQUS模拟了裂纹扩展过程,定量分析了裂纹扩展径向与表面方向的关系,试验结果与有限元结果吻合较好。试验得到的疲劳裂纹扩展速率曲线,可用于大跨桥梁吊索的抗疲劳、防断裂设计及疲劳寿命评估。     

混凝土梁后张预应力损失的概率特征及敏感性评估

为研究混凝土梁中后张预应力损失的分布特征及其对各种不确定因素的敏感性,以概率数值模拟为基本手段,得到各分项预应力损失及预应力总损失的概率分布特征,并对预应力损失进行了区间估计.将各影响因素划分为施工、设计和材料3类,分析了预应力损失对各类因素的敏感性.结果表明:预应力总损失可用对数正态分布描述;95％置信概率下预应力总损失的上、下限偏离均值可达20％以上,各因素不确定性对预应力损失影响不容忽视;各类因素的敏感程度依次为施工条件、材料性能和设计因素,其中张拉控制应力、预应力筋弹性模量和预应力筋面积分别在3类因素中的影响最为显著;各分项预应力损失中,管道局部偏差对摩阻损失的影响强于管道摩擦,预应力筋越长对锚具变形损失影响越弱,而混凝土收缩徐变损失对徐变的敏感程度要强于收缩.     

疲劳荷载后锈胀RC梁抗弯刚度计算模型

腐蚀和疲劳作用影响钢筋混凝土梁的服役性能,降低结构的剩余使用寿命。为研究疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的刚度退化规律,采用电化学快速锈蚀试验得到了6根不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,研究了不同疲劳荷载次数后梁在分级荷载下的荷载—挠度关系、混凝土裂缝发展规律、失效模式,分析了锈蚀水平对钢筋混凝土梁疲劳寿命的影响。试验结果表明,钢筋混凝土梁的挠度发展分快速上升—稳定—失稳三个阶段,混凝土锈胀对梁疲劳寿命的影响较大。引入刚度修正系数,发展了疲劳荷载后锈胀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法,该方法可考虑疲劳作用、锈胀、混凝土弹性模量退化等因素的影响,并通过本文试验及现有文献中的试验结果进行了验证,可用于日后老化钢筋混凝土桥梁在疲劳荷载作用下的挠度计算和寿命评估。