混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究.
混凝土路面弯曲疲劳试验及寿命评估
混凝土路面弯曲疲劳试验及寿命评估一、引言混凝土路面作为道路交通建设中常见的路面形式，其弯曲疲劳试验及寿命评估显得尤为重要。
混凝土路面在使用过程中，由于外界因素的影响，如温度变化、交通荷载等，会引起路面的弯曲变形，从而影响道路的使用寿命和安全性能。
因此，对混凝土路面的弯曲疲劳特性和寿命评估进行研究，对于保障道路交通的安全和长期可持续发展具有重要意义。
二、混凝土路面弯曲疲劳试验2.1 试验原理混凝土路面弯曲疲劳试验是利用试验机进行的一种模拟路面受到交通荷载后的弯曲变形情况的试验。
试验原理基于混凝土材料的弹性和塑性变形特性，通过施加不同幅值、不同频率的交通荷载，对混凝土路面进行弯曲变形试验，得出路面在不同荷载作用下的弯曲变形曲线及其变形特性参数。
2.2 试验方法混凝土路面弯曲疲劳试验通常采用四点弯曲试验方法，试验设备主要包括试验机、加载头、传感器、数据采集系统等。
试验流程如下：（1）制备试件：根据设计要求制备混凝土路面试件，尺寸和厚度应符合规范要求。
（2）试件安装：将试件放置在试验机上，根据试验要求设置试件边界约束条件，如固定端、自由端等。
（3）施加荷载：按照试验方案要求，通过加载头对试件进行施荷，记录下荷载大小、频率等参数。
（4）数据采集：利用传感器和数据采集系统记录试件变形情况，计算出试件的弯曲变形曲线及其特性参数。
2.3 试验结果分析混凝土路面弯曲疲劳试验得出的试验结果主要包括弯曲变形曲线、极限荷载、疲劳寿命等参数。
通过对试验结果的分析，可以得出以下结论：（1）随着荷载幅值的增加，路面的弯曲变形呈现出明显的非线性变化。
（2）随着荷载频率的增加，路面的弯曲变形呈现出明显的加速变化。
（3）路面的极限荷载随着试验次数的增加逐渐降低，疲劳寿命随着试验次数的增加逐渐缩短。
三、混凝土路面寿命评估3.1 寿命评估方法混凝土路面寿命评估主要采用疲劳寿命预测方法和寿命试验评估方法两种方法。
其中，疲劳寿命预测方法主要采用材料力学模型，通过对混凝土路面弯曲疲劳试验数据的分析和处理，预测路面的疲劳寿命。
混凝土的疲劳性能分析
混凝土的疲劳性能分析一、概述混凝土是广泛应用于建筑物、桥梁、道路等工程中的一种重要材料。
在使用过程中，混凝土可能会受到反复的荷载作用，这种荷载作用可能会导致混凝土的疲劳破坏。
因此，混凝土的疲劳性能是工程设计和安全评估中需要考虑的关键因素之一。
本文将对混凝土的疲劳性能进行分析，并探讨影响混凝土疲劳性能的因素。
二、混凝土疲劳性能的基本概念混凝土的疲劳性能是指在反复应力作用下，混凝土的抗裂、抗剪强度等力学性能的变化情况。
混凝土的疲劳性能可以用循环荷载试验来进行评估。
循环荷载试验是指在一定的应力水平下，反复施加荷载，观察混凝土的变形和破坏情况，以确定混凝土的疲劳性能。
循环荷载试验的结果可以用应力幅值与循环次数的关系曲线来表示，这个曲线称为疲劳寿命曲线。
三、影响混凝土疲劳性能的因素1.应力水平应力水平是指荷载作用下混凝土的应力大小。
应力水平越高，混凝土的疲劳寿命越短。
应力水平的大小可以通过循环荷载试验中的荷载幅值来控制。
2.荷载频率荷载频率是指荷载施加的频率。
荷载频率越高，混凝土的疲劳寿命越短。
荷载频率的大小可以通过循环荷载试验中的循环次数来控制。
3.混凝土强度混凝土的强度是指混凝土在单轴拉伸、压缩、剪切等应力状态下的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等指标。
混凝土的强度越高，混凝土的疲劳寿命越长。
4.混凝土配合比混凝土配合比是指混凝土中水泥、砂、石子等原材料的配比。
混凝土配合比的影响因素很多，包括水灰比、砂率、石子率等。
合理的混凝土配合比可以提高混凝土的强度和耐久性，从而延长混凝土的疲劳寿命。
5.混凝土的龄期混凝土的龄期是指混凝土浇筑后的时间。
混凝土的龄期越长，混凝土的强度越高，疲劳寿命越长。
混凝土的龄期也会影响混凝土的收缩和膨胀性能，从而影响混凝土的疲劳寿命。
6.环境因素环境因素包括温度、湿度、盐雾、氧化等因素。
环境因素对混凝土的疲劳性能有很大影响。
例如，在高温环境下，混凝土的强度和疲劳寿命都会降低。
四、混凝土疲劳寿命曲线混凝土疲劳寿命曲线是指在循环荷载试验中，应力幅值与循环次数的关系曲线。
沥青混凝土的SCB弯曲疲劳试验研究
使 用寿命 ， 从而节 约建 设养护 费用 ， 大 大提高道路 的社 会效
益 和经济效益。
沥青 路面疲 劳开裂主要是荷 载和环境 因素作用所 引起 的弯拉应力重复作用引起 的。目前 国内最常用的以弯拉为手 段 的疲 劳试 验方 法是 小梁弯曲疲 劳试验 ， 但是小梁试件现场
取样 比较 困难 ， 试件制作过程复杂 ， 人工成本较高 。 半 圆弯拉疲 劳试 验 （ 国外称 之为 Ｓ ｅ ｍｉ — Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｂ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｓ ｔ ）作为～种新的方法越来越多地应用于沥青混合料 的疲
劳分析 ＿ ｌ Ｊ ， 该方法有 以下优点［ Ｚ ３ １ ： ①所用试 件来 源多样 ， 成 型 便捷； ②试验装 置简单 ； ③ 破坏形式以张拉为主 ， 可 以很好描 述沥青 混合料 的弯拉疲劳。半圆弯拉疲劳试验的结构示 意图
图 １半圆疲劳试验装置
１ 分析 对象
沥青混凝 土 Ａ Ｃ ２ ５ ， 混合料采用 Ｓ Ｂ Ｓ改性沥青 ， 集料来 自 山东 临沂。经过 配合 比设 计 ，取 ３ ． ８的油石 比 ，矿 粉含量
摘
要 进行 了沥青混凝土的半圆弯曲疲 劳试验 ， 得到 了不 同条件 下 Ｓ Ｃ Ｂ疲 劳寿命 ， 分析 了疲劳寿命 与影响 因
素的关系， 并通过 Ｓ Ｃ Ｂ试验结果进行 了疲劳寿命 与影响 因素的回归分析 。
关键词 沥青 混凝土 ； Ｓ Ｃ Ｂ弯曲疲劳； 疲劳规律 ； 非线性 回归
０ 引言
示。
（ ２ ） 试验 温度 。选取 １ ０ ￣ Ｃ、 １ ５ ％和 ２ ０ ￣ Ｃ 为试验温度。
上 的平行试验无法准确描述材料 的疲 劳特性 。因此本 文每种
・
混凝土疲劳性能分析原理
混凝土疲劳性能分析原理一、引言混凝土是一种广泛使用的材料，因其良好的耐久性和承载能力而被广泛应用于建筑和基础设施工程。
然而，长期受到外部荷载和环境因素的影响，混凝土结构会发生疲劳损伤，导致结构性能下降，最终可能引发结构的崩溃。
因此，分析混凝土的疲劳性能对于确保结构的安全和可靠性非常重要。
二、混凝土疲劳性能的定义混凝土疲劳性能是指混凝土在长期受到交替荷载作用下的承载能力和变形性能。
混凝土疲劳性能的主要表现形式是疲劳裂纹的产生和扩展，疲劳寿命的降低，以及结构刚度和稳定性的下降。
三、混凝土疲劳性能的影响因素混凝土疲劳性能受到多种因素的影响，包括荷载类型、荷载大小、荷载历程、荷载频率、混凝土配合比、混凝土强度、混凝土含气量、温度、湿度等。
四、混凝土疲劳性能的试验方法混凝土疲劳性能的试验方法主要有四种：双轴试验、拉压试验、三点弯曲试验和旋转弯曲试验。
其中，拉压试验是最常用的试验方法。
试验时，混凝土试件在交替荷载下进行循环加载，记录荷载-位移曲线和荷载-应变曲线，通过分析曲线数据得出混凝土的疲劳性能参数。
五、混凝土疲劳性能参数的分析混凝土疲劳性能参数包括疲劳极限、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率、疲劳损伤指数等。
其中，疲劳极限是指混凝土在疲劳荷载下的最大承载能力，疲劳寿命是指混凝土在疲劳荷载下的可持续时间，疲劳裂纹扩展速率是指混凝土裂纹扩展的速率，疲劳损伤指数是指混凝土在疲劳荷载下的损伤程度。
六、混凝土疲劳性能的分析方法混凝土疲劳性能的分析方法主要有三种：经验法、统计学方法和数值模拟方法。
经验法是根据试验数据和经验公式预测混凝土的疲劳性能，适用于简单结构和荷载条件。
统计学方法是根据试验数据建立统计模型，预测混凝土的疲劳寿命和裂纹扩展速率，适用于复杂结构和荷载条件。
数值模拟方法是通过有限元方法模拟混凝土的疲劳性能，适用于复杂结构和荷载条件。
七、混凝土疲劳性能的改善方法为了提高混凝土的疲劳性能，可以采取多种措施，包括改善混凝土的配合比、增强混凝土的强度和韧性、控制混凝土的含气量、加强混凝土的养护、采用合适的荷载措施等。
混凝土结构疲劳性能分析原理
混凝土结构疲劳性能分析原理一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，但在长期使用过程中，混凝土结构可能会出现疲劳损伤。
因此，对混凝土结构的疲劳性能进行分析具有重要的理论和实际意义。
本文将介绍混凝土结构疲劳性能分析的原理。
二、混凝土结构的疲劳性能混凝土结构在长期使用中，受到循环荷载的作用，可能会发生疲劳损伤。
疲劳损伤主要表现为裂缝的产生和扩展，最终导致结构破坏。
混凝土结构的疲劳性能取决于混凝土的材料特性、结构几何形状和荷载特性等因素。
三、混凝土材料的疲劳性能混凝土是一种非均质材料，其内部存在许多微观缺陷和不均匀性。
混凝土的疲劳性能取决于其材料特性，包括强度、韧性、抗裂性等。
混凝土的强度和韧性随着循环荷载次数的增加而逐渐降低，而抗裂性则随着循环荷载次数的增加而逐渐提高。
四、混凝土结构的疲劳分析方法混凝土结构的疲劳分析方法主要有基于应力范围的方法和基于应力历程的方法两种。
基于应力范围的方法是指将循环荷载作用下的应力范围与混凝土材料的疲劳强度进行比较，以确定结构的疲劳寿命。
而基于应力历程的方法则是将循环荷载作用下的应力历程与混凝土材料的应力-应变关系进行比较，以确定结构是否会发生疲劳破坏。
五、混凝土结构疲劳分析的步骤混凝土结构的疲劳分析主要包括以下步骤：1.确定混凝土结构的几何形状和荷载特性。
2.确定混凝土材料的力学性质，包括强度、韧性、抗裂性等。
3.根据荷载特性和结构几何形状，计算出混凝土结构的应力范围或应力历程。
4.将应力范围或应力历程与混凝土材料的疲劳性能进行比较，以确定结构的疲劳寿命或是否会发生疲劳破坏。
5.根据分析结果，进行结构设计或维修。
六、混凝土结构疲劳寿命的预测方法混凝土结构的疲劳寿命预测方法主要有经验公式法、材料试验法和数值模拟法三种。
1.经验公式法经验公式法是一种基于统计学原理的方法，通过分析大量的试验数据，建立应力范围和循环次数之间的关系，以预测混凝土结构的疲劳寿命。
但是，由于混凝土结构的几何形状和荷载特性的不同，经验公式法的预测精度有限。
混凝土结构中的疲劳与损伤分析
混凝土结构中的疲劳与损伤分析一、前言混凝土结构是现代建筑的主要材料之一，由于其高强度、耐久性和经济性，广泛应用于建筑、桥梁、隧道等工程领域。
但是，随着使用时间的增加，混凝土结构也会面临着疲劳和损伤的问题。
本文将从混凝土结构的疲劳和损伤分析方面进行探讨。
二、混凝土结构的疲劳分析2.1 疲劳概述疲劳是指物体在交替载荷作用下，由于材料内部存在微小缺陷或者不均匀性，而导致的逐渐累积的破坏过程。
混凝土结构在使用中，由于受到温度变化、荷载变化等因素的影响，也会面临着疲劳破坏的风险。
2.2 疲劳破坏的影响因素混凝土的疲劳破坏与多个因素有关，主要包括以下几个方面：（1）循环荷载幅值；（2）循环荷载频率；（3）荷载方式；（4）温度变化；（5）材料性能。
2.3 疲劳寿命预测方法疲劳寿命预测方法是混凝土结构疲劳分析的重要手段。
常用的疲劳寿命预测方法包括线性累积损伤理论、疲劳延迟寿命模型、剩余寿命预测方法等。
其中，线性累积损伤理论是一种经典的疲劳寿命预测方法，其基本思想是将疲劳破坏过程看做是材料内部微小缺陷不断累积导致的。
通过对材料损伤程度的累积进行计算，可以预测混凝土结构的疲劳寿命。
三、混凝土结构的损伤分析3.1 损伤概述混凝土结构在使用中，由于受到外部荷载的作用，也会产生不同程度的损伤。
损伤包括疲劳损伤、开裂损伤、变形损伤等。
这些损伤会导致混凝土结构的性能下降，甚至引起严重的安全事故。
3.2 损伤机理混凝土结构的损伤机理包括以下几个方面：（1）微观损伤：混凝土内部存在的微观缺陷和裂纹会导致混凝土结构的损伤。
（2）宏观损伤：混凝土结构在受到荷载后会发生变形和裂纹等宏观损伤。
（3）化学损伤：混凝土结构在受到化学腐蚀等外部环境因素的影响，也会发生化学损伤。
3.3 损伤评估方法混凝土结构的损伤评估方法主要包括结构损伤检测和结构损伤评估两个方面。
结构损伤检测是指通过对混凝土结构进行非破坏性检测，确定其是否存在损伤。
常用的非破坏性检测技术包括超声波检测、电磁波检测、红外线检测等。
钢筋混凝土构件疲劳性能研究
钢筋混凝土构件疲劳性能研究钢筋混凝土是建筑工程中常用的结构材料，其强度和刚度使得其成为承受重大荷载和抗震能力的理想选择。
然而，在长期使用和受力环境中，钢筋混凝土构件可能会面临疲劳破坏的风险。
因此，对钢筋混凝土构件的疲劳性能进行研究和评估至关重要。
疲劳破坏是指在循环或交变荷载作用下，材料或结构出现动态损伤、劣化和甚至破坏的现象。
钢筋混凝土构件在使用过程中常受到多种动态荷载的持续和周期加载，如交通车辆、风荷载以及地震等。
这些循环加载会导致构件内部微裂缝逐渐扩展，最终导致疲劳失效。
因此，对钢筋混凝土构件疲劳性能的研究可为工程实际工作提供可靠的基础和指导。
钢筋混凝土构件的疲劳性能研究旨在确定和评估构件的疲劳性能指标，以及建立相应的疲劳设计规范和建议。
研究内容主要包括构件疲劳寿命、疲劳强度和疲劳损伤累积等方面。
首先，构件疲劳寿命是指在特定的加载条件下，构件能够抵抗疲劳破坏的能力。
通过疲劳寿命的测定和研究，可以确定构件在实际使用情况下的可靠性和耐久性。
为了评估疲劳寿命，常用的方法包括疲劳试验和数值模拟。
疲劳试验需要对构件进行重复加载，观察其疲劳性能的变化和破坏模式。
而数值模拟则结合材料本构关系和应力应变计算来预测构件在实际工作中的疲劳寿命。
其次，疲劳强度是指构件在特定循环加载下承受的最大循环荷载，也是构件疲劳性能的重要指标之一。
疲劳强度的研究可通过试验和数值计算两种方式进行。
试验常采用剪切、弯曲和拉伸等加载方式，观察构件的破坏形态和强度变化。
而数值计算往往通过建立相应的疲劳本构关系来模拟加载过程，求解出构件的疲劳强度。
最后，疲劳损伤累积是指在多次循环加载下，构件内部的微小损伤逐渐积累并放大，最终导致疲劳失效。
在研究疲劳损伤累积过程中，需要考虑到材料的非线性、损伤积累和破坏模式等。
常用的方法包括疲劳寿命曲线和损伤演化模型等。
通过建立适当的数学模型和计算方法，可以对构件的疲劳寿命进行预测和评估。
在实际工程中，钢筋混凝土构件的疲劳性能研究对设计和施工有着重要的意义。
混凝土疲劳剩余强度试验及理论研究共3篇
混凝土疲劳剩余强度试验及理论研究共3篇混凝土疲劳剩余强度试验及理论研究1混凝土是广泛应用于建筑物和基础设施的一种材料。
在长期使用和震动等外力的作用下，混凝土结构往往会出现裂纹和疲劳断裂等问题。
因此，对混凝土疲劳性能的研究和评价非常重要。
本文将从混凝土疲劳剩余强度试验及理论研究方面进行阐述。
一、混凝土疲劳试验与金属等材料不同，混凝土的完整性主要取决于其内部粘结力和骨料间的力学相互作用。
因此，混凝土的疲劳试验需要考虑这些特殊的破坏机理。
疲劳试验一般包含拉伸、压缩和弯曲等试验形式，其主要目的是测定混凝土在重复加载下的疲劳寿命和疲劳剩余强度。
混凝土疲劳试验的基本过程如下：1.试样制备试样的制备应根据规范进行，包括尺寸、标号、养护条件和拆样时间等。
常见的试样包括圆柱、立方体和梁等。
2.试验参数设定试验参数包括加载方法、加载幅度、频率和环境条件等。
对于混凝土疲劳试验，应按照规范要求进行疲劳寿命试验、ITG试验和弯曲试验等。
3.试验数据测量和记录在试验中应记录试样疲劳寿命、荷载幅值、载荷周期、温度等试验数据并及时处理。
4.试验结果分析根据试验数据和规范要求，可对试验结果进行疲劳强度极限的计算，得到混凝土的疲劳寿命和疲劳剩余强度等参数，可以对混凝土结构的耐久性进行评价。
二、混凝土疲劳理论研究混凝土的疲劳破坏机理主要是由于混凝土内部骨料与黏结材料之间的界面破坏和孔隙塌陷等因素导致的。
疲劳破坏主要分为微裂纹扩展期和破坏扩展期两个阶段，混凝土的残余强度主要受微裂纹扩展期的影响。
混凝土疲劳破坏过程的数学描述是混凝土疲劳本构方程研究的基础。
混凝土疲劳本构方程的研究从单轴受压和拉应力开始，逐步发展到多轴应力状态和混合应力状态。
目前，混凝土疲劳本构方程主要采用能量破坏准则和损伤力学理论，用疲劳损伤值来表示材料疲劳寿命的相关参数，以描述疲劳破坏过程。
混凝土疲劳损伤值S的计算公式为：S=∫f(N)/N* dN其中f(N)为N循环载荷下最终裂纹扩展尺寸，N为循环载荷次数。
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第19卷第2期(总第44期)中国铁道科学1998年6月混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究李永强车惠民(铁道部科学研究院)摘要:,证明了变幅疲劳荷载的大,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。
关键词:混凝土弯曲疲劳累积损伤试验1引言在工程应用中,钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构一般承受静载作用,但工程中还有许多如铁路桥梁、公路桥梁、吊车梁及海洋平台等结构除了承受静载作用外,还要经常承受重复循环荷载作用。
随着这些经常承受重复荷载作用的结构应用的日益广泛,以及高强混凝土、高强钢筋的广泛应用,许多构件处于高应力状态下工作,使得混凝土结构的疲劳成为不可忽视的问题。
在以往的混凝土疲劳性能研究中,研究重点主要是研究混凝土在等幅重复应力作用下的疲劳强度,得出计算等幅重复应力作用下疲劳寿命的S—N曲线。
在这些试验中,混凝土应力是一个随时间等幅周期性变化的荷载函数。
但在实际工作中,钢筋混凝土及预应力混凝土结构承受的荷载是一个随时间而变化的变幅荷载(例如由风、海浪、车辆、地震等引起的荷载就属于这种类型),实际结构的疲劳破坏往往是由变幅重复荷载引起的,因此除了研究混凝土材料在等幅重复应力作用下的疲劳性能外,还应在其基础上研究混凝土材料在变幅重复应力作用下的疲劳性能。
近年来,一些国家开始进行混凝土材料在变幅重复荷载作用下的疲劳性能研究,其研究重点主要是P—M线性累积损伤准则的适用性,但迄今为止仍未得出一个较统一的结论。
有些研究者认为该准则由于不考虑加载顺序的影响,利用它判断混凝土在变幅重复应力作用下的疲劳破坏偏于保守或偏于危险;另外一些研究者认为,可以不考虑加载顺序的影响,该准则可以运用。
基于这些原因,我们进行了混凝土试件在等幅和变幅循环荷载作用下的弯曲疲劳试验,探讨和研究了P—M线性累积损伤准则的适用性,进而对混凝土非线性累积损伤理论的合理性作了进一步的验证。
2试验为了研究在变幅重复荷载作用下混凝土弯曲疲劳累积损伤性能,进行了混凝土试件在6收稿日期:1998205220李永强助理研究员铁道部科学研究院铁道建筑研究所100081北京第2期混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究53种不同应力水平下常幅弯曲疲劳试验和分级加载的变幅弯曲疲劳试验。
分级加载又分为两种情况。
第一种情况,疲劳荷载是先低后高;第二种情况,疲劳荷载是先高后低。
试验所用的试件分9批成型,每批包括10cm×10cm×5115cm试件12根,10cm×10cm×10cm立方体试块3个,共成型梁试件108根,立方体试块27个。
试件制作采用普通硅酸盐水泥,水泥标号为525,粗骨料采用卵石,最大粒径为2cm,细骨料为河砂。
混凝土材料的配合比见表1。
试件采用钢模浇筑,成型后,,。
试验时混凝土的龄期为6个月。
静表1:①27个立方体试块的28天抗压强度试验,其结果是平均抗压强度为51174MPa,变异014011162147系数618%;②每批两根小梁(共18根)的抗折强度试验,所得每批平均抗折荷载值见表2,试验的龄期与该批试件进行疲劳试验的龄期相同。
试验梁的有效跨径为4412cm,加载方式为中点集中加载,图1为试验装置示意图。
疲劳试验是在西南交通大学结构试验中心MTS疲劳试验机上完成的。
试验时施加的荷载频率为10Hz,低高应力比R=011,疲劳荷载下限之所以不取为零,主要理由是为了使试件在疲劳试验过程中保持位置的稳定。
在等幅混凝土的弯曲疲劳试验中,疲劳荷载的上限的应力水平分别为01900,01800,01750,01675,01600和01500,疲劳试验结果见表3。
通过对表3中的试验数据进行统计分析,可得在各应力水平下混凝土试件在等幅循环荷载作用下发生疲劳破坏时的平均寿命,其中Nf,01675=137740次,Nf,01800=5017次。
在变幅重复应力作用下混凝土的弯曲疲劳试验中,混凝土的分级加载分两种情况进行。
第一种情况:首先施加的应力水平S=01675,循环次数∃n=012Nf,01675=27548。
当循环次数达到012Nf,01675时,将所施加的疲劳循环荷载的应力水平提高到01800,直到试件破坏。
第二种情况与第一种情况相反,首先施加的应力水平S=01800,循环的次数是∃n=012Nf,01800=1003,然后降低应力水平至S=01675直到试件破坏,试验结果见表4、表5。
表2各批试件抗折荷载表kN批号134抗折荷载11147101991217511151批号6789抗折荷载10161101401016012170图1试验装置示意图从试验中可以观察到,对于混凝土试件,无论是静载的抗折试验,还是在常幅或变幅反复荷载作用下的混凝土弯曲疲劳试验,混凝土试件的破坏形态之间没有较明显的差别,破坏的位置都是在梁跨中截面处,断裂面是一较规整的平面,在破坏前没有观察到表面裂纹的出现。
54中国铁道科学第19卷表3常幅疲劳试验结果表试件编号12345678111213141516171819202122232425262728293031017501应力水平疲劳寿命试件编号32333435374041424344454647484950515253545556575859606162应力水平疲劳寿命0190039535775778613121102265931053758416547495073598168447161802783458 41110003109431188212413147621904820284203282328626291 0175026539265614009553835 0167589063901259294011436911568411604012142716880317293317516819311019 3830209442258418 0160022429725375647543156124397684297711710529631201474 0155021165983000000330000003注:3——试件未发生破坏表4变幅疲劳试验结果表(第一种情况)试件编号123456789表5变幅疲劳试验结果表(第二种情况)试件编号12循环荷载次数循环荷载次数(S)275482754827548275482754827548275482754827548(S)702175621573361421456198328958211238循环荷载次数循环荷载次数(S)100310031003100310031003100310031003(S)206613030239944426994958661983812671115691418723456789第2期混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究553P—M线性累积损伤准则的适用性311P—M线性累积损伤准则疲劳损伤积累是线性的这一假设,是Palmgren于1924年首先提出的[1]。
承的寿命时,假设损伤积累与转动次数成线性关系年iner[2]:在疲劳试验中,的关系,,Palm2gren2Miner。
由于该准则形式简单,被—Nf(Nf为该应力水平的等1 幅荷载作用下疲劳破坏所需的荷载循环次数),利用这一准则,就可以根据等幅疲劳试验得出的S—N曲线,判断在变幅重复荷载作用下,是否发生疲劳破坏。
在变幅重复荷载中,在应力水平Si作用下,重复作用ni次的损伤为:Di=Nfi(1)式中,Di——在应力水平Si下的损伤分数;ni——在Si下试件经历的实际循环次数;Nfi——在Si下试件到达破坏时的循环次数。
对于所有的应力水平,当损伤分数的和达到某一临界值(按P—M准则,通常取为1),即满足D=D1+D2+…+Dn≥1或D=++…+≥1Nf1Nf2Nfn(2)(3)时,便可认为发生疲劳破坏。
应指出,P—M线性累积损伤准则的正确应用,取决于几个局限性很大的假设:①荷载必须是对称循环,即平均应力为零;②在任一给定的应力水平下,累积损伤的速率与以前的载荷历程无关;③不考虑加载顺序对疲劳寿命的影响。
因此在实际问题中,当上述这些假设不能得到很好满足时,若采用P—M线性累积损伤准则描述混凝土的疲劳行为,就有可能产生较大的误差。
基于此,许多研究者就P—M线性累积损伤准则是否适用于描述混凝土的疲劳行为进行了深入的探讨,但迄今为止,仍未得出一个统一的结论。
从众多的试验结果看,有的认为P—M线性累积损伤准则偏于保守,有的认为偏于危险。
国外许多规范虽然采用这一判断准则,但判断破坏的D取值不一定等于1,而是介于012～114之间[3]。
312试验验证P—M线性累积损伤准则的适用性验证P—M线性累积损伤准则适用性的试验选用两组简单的两级变幅加载,试验结果见表4、表5。
首先按式D=+Nf1Nf2-(4)求出每一试件的疲劳累积损伤值,然后求出每组试验中的疲劳累积损伤值D,见表6、表7。
56中国铁道科学第19卷表7累积损伤计算表(第二种情况)试件编号124789表6累积损伤计算表(第一种情况)试件编号123456789累积损伤值D1=n1 Nf1累积损伤值D2=n2 Nf2累积损伤值D=D1+D2累积损伤值01201201212212012012012累积损伤值01150122001360145015901811103累积损伤值0135014401490151015601650179110111230167D1=n1 Nf1D2=n2 Nf2D=D1+D20120120120120120120011401350143016701841112124-01340155016301871104113211211121441124-从表6、表7可以看出:①两组试验数据疲劳累积损伤值与1差别较大,由此可初步说明,若用P—M线性累积损伤准则来描述混凝土的弯曲疲劳行为会产生较大的误差;②当疲劳荷载由小变大时,试件的疲劳累积损伤值D>1,当疲劳荷载由大变小时,试件的疲劳累积损伤值D<1,所以说,加载顺序对混凝土疲劳损伤是有影响的,因而有必要对P—M线性累积损伤准则加以改进,以更好地描述混凝土疲劳损伤的规律。
--4混凝土非线性疲劳累积损伤理论根据Holmen[4]的试验结果,混凝土在常幅疲劳荷载作用下变形的发展情况如图2所示。
(a)(b)图2混凝土纵向应变的变化从图2中可以看出,在重复荷载作用下混凝土的总变形的变化规律可分为三个阶段。
在第一阶段,混凝土总变形开始发展较快,随后其增长速率逐渐降低。
在第二阶段,混凝土的总变形增长速率基本上为一定值,混凝土的总变形随荷载重复次数的增加基本呈线性规律变化。